一种水性锂离子电池用勃姆石浆料及其制备方法与流程

1.本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种水性锂离子电池用勃姆石浆料及其制备方法。


背景技术：

2.随着科学技术进步，在未来的发展道路上，新能源汽车将随着时间推移而逐渐取代传统的汽油车，动力锂离子电池作为新能源汽车的核心动力部件因其比能量高、循环寿命长、绿色无污染以及无记忆效应等诸多优点，受到了社会的广泛关注，是目前业界最有发展前景的电源。
3.锂离子电池同时存在一定的潜在安全问题，可能会对消费者的人身安全和财产安全造成威胁。而通常对正极极片边缘进行涂绝缘保护涂层，可有效防止由于边缘分切的毛刺造成内短路引发的安全事故发生。
4.磷酸铁锂正极浆料的制备主要包括：油性体系和水性体系两种匀浆方式。油性体系是以有机溶剂n-甲基吡咯烷酮(nmp)为溶剂，nmp具有价格高、毒性大、回收困难等缺点。水性体系匀浆技术是以去离子水为溶剂，生产过程更环保，成本更低廉。同时水系对车间环境要求更低，可以降低生产能耗。
5.现有陶瓷氧化铝浆料普遍采用有机溶剂型粘结剂体系，采用聚偏氟乙烯(pvdf)做粘结剂，并且以极性较强的化合物nmp(n-甲基吡咯烷酮)作为分散溶剂。但存在以下缺点：
6.(1)有机溶剂nmp虽然分散性好，但易挥发、易燃易爆、并且毒性大；有机溶剂的挥发严重污染环境，使生产现场毒性大，严重影响了生产车间工作人员的身体健康；
7.(2)有机分散溶剂nmp和粘结剂pvdf的价格均较高，采用pvdf作为粘结剂的极片涂布工艺要求严格密封，使得能耗大，回收费用大，生产成本高；
8.(3)陶瓷氧化铝材料硬度大，对机械的磨损大，存在设备磨损和异物带入的风险；
9.(4)陶瓷氧化铝材料密度大，造成材料用量多及降低电池质量能量密度。


技术实现要素：

10.本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种勃姆石浆料及其制备方法，得到一种分散性和稳定性均更优的水性锂离子电池极片边缘保护涂层用勃姆石浆料，能够匹配水性磷酸铁锂正极浆料使用，很好地涂覆在极片上，提高水性正极的安全性能。
11.为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
12.一种水性锂离子电池用勃姆石浆料，包括勃姆石、粘结剂和去离子水，所述粘结剂包括粘结剂a和粘结剂b；其中，所述勃姆石∶粘结剂a∶粘结剂b的重量比为70～85∶5～10∶5～25。
13.本发明在一优选示例中，所述勃姆石为alooh，由氢氧化铝溶液在180～240℃下进行水热反应生成。
14.本发明在一优选示例中，所述粘结剂a为聚乙烯醇和羧酸盐聚合物，所述粘结剂b
为聚酰亚胺聚合物；
15.本发明中的粘结剂a为聚乙烯醇和羧酸盐聚合物，聚合物中含有大量羟基，在水中的分散性、流动性以及稳定性均十分好，能够提高浆料的稳定性，同时在分子链中含有多元环状结构，可形成空间网状结构，与勃姆石之间形成网络——面接触型，粘结作用力较强；粘结剂b为一种高分子粘接剂，在本发明的浆料中，分子间容易产生缠接现象，极片粘接性表现更加优异，在烘烤时极片不易开裂，解决极片开裂掉粉问题。
16.本发明在一优选示例中，所述勃姆石由180g/l氢氧化铝溶液在200℃下进行水热反应120min生成，所得勃姆石的长度和大小均一，有利于浆料稳定性。
17.本发明在一优选示例中，所述勃姆石∶粘结剂a∶粘结剂b的重量比为80∶8∶12。
18.上述水性锂离子电池用勃姆石浆料的制备方法，包括如下步骤：
19.(1)将粘结剂a、粘结剂b和去离子水加入搅拌罐，设置搅拌速度为20～30转/分钟，分散速度为600～1200转/分钟，搅拌60～90min；
20.(2)将勃姆石加入搅拌罐，设置搅拌速度为20～30转/分钟，分散速度为1000～1500转/分钟，搅拌60～90min，固含量为40～50％，搅拌完成；
21.(3)刮料；
22.(4)加入去离子水和混合液，设置搅拌速度为20～30转/分钟，分散速度为1000～1500转/分钟，真空度≤-90kpa，搅拌60～120min，固含量为25～30％，搅拌完成；
23.所述混合液包括n-甲基吡咯烷酮和去离子水，其中，所述n-甲基吡咯烷酮和去离子水的重量比为3～7∶3～7；
24.少量的nmp(n～甲基吡咯烷酮)加入，能够改善极片的柔韧性和防开裂；
25.(5)检测粘度、细度和固含量，调整粘度值，得到勃姆石浆料。
26.较佳地，步骤(4)，所述n-甲基吡咯烷酮的添加量为勃姆石的1～4wt％。
27.较佳地，步骤(5)，所述勃姆石浆料出料时，使用150～300目筛网过滤。
28.本发明制备的水性锂离子电池极片边缘保护涂层用勃姆石浆料的分散性和稳定性均更优，能够匹配水性磷酸铁锂正极浆料使用，很好地涂覆在极片上，提高水性正极的安全性能。
附图说明
29.图1为勃姆石浆料表层固含量随时间变化曲线图。
具体实施方式
30.为使本发明的目的、技术方案和优点更加明白清楚，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，但是本发明并不限于这些实施例。需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为质量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中方法，如没有特别说明，均为本领域的常规方法。
31.本文中所用的术语
″
包含
″
、
″
包括
″
、
″
含有
″
或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
32.当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或者优选值与任何范围下限或优选值的任意一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围
″
1至5
″
时，所描述的范围应被解释为包括范围
″
1至4
″
、
″
1至3
″
、
″
1至2
″
、
″
1至2和4至5
″
、
″
1至3和5
″
等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外地说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
33.下面对本发明的具体实施例做详细说明。
34.实施例1
35.一种水性锂离子电池用勃姆石浆料，包括勃姆石、粘结剂和去离子水，所述粘结剂包括粘结剂a和粘结剂b；其中，所述勃姆石∶粘结剂a∶粘结剂b的重量比为80∶8∶12；所述勃姆石为alooh，由180g/l氢氧化铝溶液在200℃下进行水热反应120min生成；所述粘结剂a为重量比1∶3的聚乙烯醇和羧酸钠盐树枝状聚合物，所述粘结剂b为聚双马来酰亚胺。
36.上述水性锂离子电池用勃姆石浆料的制备方法，包括如下步骤：
37.(1)将粘结剂a、粘结剂b和去离子水加入搅拌罐，设置搅拌速度为30转/分钟，分散速度为1000转/分钟，搅拌60min；
38.(2)将勃姆石加入搅拌罐，设置搅拌速度为25转/分钟，分散速度为1200转/分钟，搅拌60min，固含量为42％，搅拌完成；
39.(3)刮料；
40.(4)加入去离子水和混合液，设置搅拌速度为30转/分钟，分散速度为1500转/分钟，真空度≤-90kpa，搅拌120min，固含量为27％，搅拌完成；
41.所述混合液包括n-甲基吡咯烷酮和去离子水，其中，所述n-甲基吡咯烷酮和去离子水的重量比为5∶5，所述n-甲基吡咯烷酮的添加量为勃姆石的2wt％。
42.(5)检测粘度、细度和固含量，调整粘度值，使用200目筛网过滤出料，得到水性锂离子电池极片边缘保护涂层用勃姆石浆料。
43.实施例2
44.一种水性锂离子电池用勃姆石浆料，包括勃姆石、粘结剂和去离子水，所述粘结剂包括粘结剂a和粘结剂b；其中，所述勃姆石∶粘结剂a∶粘结剂b的重量比为80∶5∶15；所述勃姆石为aiooh，由180g/l氢氧化铝溶液在200℃下进行水热反应120min生成；所述粘结剂a为重量比2∶1的聚乙烯醇和羧酸钠盐树枝状聚合物，所述粘结剂b为聚双马来酰亚胺。
45.上述水性锂离子电池用勃姆石浆料的制备方法，包括如下步骤：
46.(1)将粘结剂a、粘结剂b和去离子水加入搅拌罐，设置搅拌速度为30转/分钟，分散速度为1000转/分钟，搅拌60min；
47.(2)将勃姆石加入搅拌罐，设置搅拌速度为25转/分钟，分散速度为1200转/分钟，搅拌60min，固含量为48％，搅拌完成；
48.(3)刮料；
49.(4)加入去离子水和混合液，设置搅拌速度为30转/分钟，分散速度为1500转/分钟，真空度≤-90kpa，搅拌120min，固含量为28％，搅拌完成；
50.所述混合液包括n-甲基吡咯烷酮和去离子水，其中，所述n-甲基吡咯烷酮和去离子水的重量比为3∶7，所述n-甲基吡咯烷酮的添加量为勃姆石的3wt％。
51.(5)检测粘度、细度和固含量，调整粘度值，使用250目筛网过滤出料，得到水性锂离子电池极片边缘保护涂层用勃姆石浆料。
52.实施例3
53.一种水性锂离子电池用勃姆石浆料，包括勃姆石、粘结剂和去离子水，所述粘结剂包括粘结剂a和粘结剂b；其中，所述勃姆石∶粘结剂a∶粘结剂b的重量比为80∶8∶12；所述勃姆石为alooh，由180g/l氢氧化铝溶液在200℃下进行水热反应120min生成；所述粘结剂a为重量比1∶1的聚乙烯醇和羧酸钠盐树枝状聚合物，所述粘结剂b为聚双马来酰亚胺。
54.上述水性锂离子电池用勃姆石浆料的制备方法，包括如下步骤：
55.(1)将粘结剂a、粘结剂b和去离子水加入搅拌罐，设置搅拌速度为30转/分钟，分散速度为1000转/分钟，搅拌60min；
56.(2)将勃姆石加入搅拌罐，设置搅拌速度为25转/分钟，分散速度为1200转/分钟，搅拌60min，固含量为48％，搅拌完成；
57.(3)刮料；
58.(4)加入去离子水和混合液，设置搅拌速度为30转/分钟，分散速度为1500转/分钟，真空度≤-90kpa，搅拌120min，固含量为26％，搅拌完成；
59.所述混合液包括n-甲基吡咯烷酮和去离子水，其中，所述n-甲基吡咯烷酮和去离子水的重量比为6∶4，所述n-甲基吡咯烷酮的添加量为勃姆石的3wt％。
60.(5)检测粘度、细度和固含量，调整粘度值，使用300目筛网过滤出料，得到水性锂离子电池极片边缘保护涂层用勃姆石浆料。
61.测试例(一)实验测试方法：
62.(1)稳定性测试
63.将勃姆石浆料搁置，在不同的时间段测试勃姆石浆料表层固含量。
64.(2)绝缘性测试
65.使用hipot短路测试仪测量勃姆石边与极片、勃姆石边与铝箔区域绝缘，观测其阻值。

技术特征：
1.一种水性锂离子电池用勃姆石浆料，其特征在于，包括勃姆石、粘结剂和去离子水，所述粘结剂包括粘结剂a和粘结剂b；其中，所述勃姆石：粘结剂a：粘结剂b的重量比为70～85∶5～10∶5～25。2.根据权利要求1所述的一种水性锂离子电池用勃姆石浆料，其特征在于，所述勃姆石为alooh，由氢氧化铝溶液在180～240℃下进行水热反应生成。3.根据权利要求1所述的一种水性锂离子电池用勃姆石浆料，其特征在于，所述粘结剂a为聚乙烯醇和羧酸盐聚合物，所述粘结剂b为聚酰亚胺聚合物。4.根据权利要求2所述的一种水性锂离子电池用勃姆石浆料，其特征在于，所述勃姆石由180g/l氢氧化铝溶液在200℃下进行水热反应120min生成。5.根据权利要求1所述的一种水性锂离子电池用勃姆石浆料，其特征在于，所述勃姆石∶粘结剂a∶粘结剂b的重量比为80∶8∶12。6.权利要求1～5任意一项所述水性锂离子电池用勃姆石浆料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将粘结剂a、粘结剂b和去离子水加入搅拌罐，设置搅拌速度为20～30转/分钟，分散速度为600～1200转/分钟，搅拌60～90min；(2)将勃姆石加入搅拌罐，设置搅拌速度为20～30转/分钟，分散速度为1000～1500转/分钟，搅拌60～90min，固含量为40～50％，搅拌完成；(3)刮料；(4)加入去离子水和混合液，设置搅拌速度为20～30转/分钟，分散速度为1000～1500转/分钟，真空度≤-90kpa，搅拌60～120min，固含量为25～30％，搅拌完成；所述混合液包括n-甲基吡咯烷酮和去离子水，其中，所述n-甲基吡咯烷酮和去离子水的重量比为3～7∶3～7；(5)检测粘度、细度和固含量，调整粘度值，得到勃姆石浆料。7.权利要求6所述水性锂离子电池用勃姆石浆料的制备方法，其特征在于，步骤(4)，所述n-甲基吡咯烷酮的添加量为勃姆石的1～4wt％。8.权利要求6所述水性锂离子电池用勃姆石浆料的制备方法，其特征在于，步骤(5)，所述勃姆石浆料出料时，使用150～300目的筛网过滤。9.权利要求1～5任意一项所述水性锂离子电池用勃姆石浆料在水性锂离子电池极片边缘保护涂层中的应用。

技术总结
本发明属于锂离子电池技术领域，具体是一种水性锂离子电池用勃姆石浆料及其制备方法，包括勃姆石、粘结剂A、粘结剂B和去离子水，勃姆石∶粘结剂A∶粘结剂B的重量比为70～85∶5～10∶5～25；制备步骤包括：(1)将粘结剂A、粘结剂B和去离子水加入搅拌罐搅拌；(2)将勃姆石加入搅拌罐搅拌；(3)刮料；(4)加入去离子水和混合液，混合液包括N-甲基吡咯烷酮和去离子水，(5)检测粘度、细度和固含量，调整粘度值，得到勃姆石浆料。本发明的水性锂离子电池极片边缘保护涂层用勃姆石浆料的分散性和稳定性均更优，可匹配水性磷酸铁锂正极浆料使用，很好地涂覆在极片上，提高水性正极的安全性能。提高水性正极的安全性能。提高水性正极的安全性能。


技术研发人员：陈远林 黄亚晖 孙玉龙 余永言 徐小明 白科
受保护的技术使用者：江西安驰新能源科技有限公司
技术研发日：2022.10.31
技术公布日：2023/7/13