一种正极浆料制备方法、正极浆料及极片与流程

本技术属于锂离子电池正极材料，具体涉及一种正极浆料制备方法、基于该制备方法获得的正极浆料，以及使用该正极浆料制得的电池极片。

背景技术：

1、在全球科技迅猛发展和环保法规日趋严格的国际环境下，锂离子电池以其卓越的能量密度、较长的循环寿命、较高的充放电效率、低环境污染以及逐步降低的成本优势，在新能源汽车产业(包括纯电动汽车、插电式混合动力汽车等)、大规模储能系统(如电网储能、家庭储能装置)、各类消费电子产品(智能手机、笔记本电脑、无人机等)以及工业级备用电源等多个领域发挥着不可或缺的作用。

2、锂离子电池的正负极浆料作为其核心技术组件，对于电池的整体电化学性能起着决定性作用。浆料的配制涉及多种关键成分的选择和精准控制，其中包括活性物质(如正极的锂钴氧化物、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂等，负极的天然石墨、人造石墨或硅基材料等)、功能添加剂如导电剂以增强电极内部电子传导能力，以及粘结剂确保活性物质在集流体上牢固粘接；此外，浆料的制备工艺如分散技术、固液比调控、黏度管理等也是至关重要的，它们共同决定了活性物质在电极片中的均匀分布、充分接触以及稳定的结构形态，从而直接影响到电池的充放电效率、倍率性能、能量密度、功率密度以及长期循环稳定性等关键性能指标。

3、目前锂离子电极浆料主要由两种主流制备方法，一种是湿法工艺，另一种是干法工艺。湿法工艺通常指的是先将粘结剂溶解在适当的溶剂中形成胶液，然后将活性物质和导电剂加入到胶液中进行充分搅拌分散，形成均匀稳定的浆状混合物。这种工艺的特点是通过液体媒介使各组分混合得更为均匀，有利于形成高质量的电极涂层。湿法工艺的优点在于浆料具有较好的流动性和一致性，形成的电极具有优异的电接触性和良好的机械性能，从而有助于提高电池的能量密度和循环寿命。然而，湿法工艺的缺点主要是浆料固含偏低，因此浆料干燥过程中可能会发生溶剂残留、孔隙率控制较难等问题。相比之下，干法工艺虽规避了大量使用溶剂所带来的问题，但在实际操作中同样面临挑战。在干法工艺的混合与分散环节，由于缺少溶剂对粉体颗粒的良好浸润与分散作用，颗粒间的有效分离和均匀结合变得更为困难。尤其在没有溶剂介导的情况下，颗粒间的静电作用、范德华力等容易导致团聚现象加剧，使得制得的浆料在微观结构上可能不够均匀细腻，从而影响电极涂层的致密性、导电网络的连续性，以及电池的电化学性能。

技术实现思路

1、本技术提出了一种新型的正极浆料干法制备工艺，旨在克服干法制程中普遍存在的粉体颗粒团聚难题，以显著提升所制备电池的电化学性能表现。具体通过以下技术方案得以实现：

2、一种正极浆料的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、将活性物质、导电炭黑、粘结剂粉末干混，得到干混料；粘结剂粉末包括第一粘结剂粉末和第二粘结剂粉末，所述第一粘结剂粉末比第二粘结剂粉末分子量高10万～30万；

4、s2、向干混料中加入粘结剂溶剂、碳纳米管，进行捏合润湿，得到高固含浆料；

5、s3、向高固含浆料中加入粘结剂溶剂，进行高速分散调粘，得到正极浆料。

6、本技术通过原料的选取以及对干法制备步骤的设计，提供了一种浆料分散一致性好的正极浆料干法制备工艺。具体的：

7、在步骤s1的干混过程中，活性物质、导电炭黑和粘结剂粉末通过干混设备进行充分混合。在这个阶段，导电炭黑和粘结剂粉末共同形成一个复合的混合相，该混合相在机械力的作用下逐渐均匀地附着并包裹在活性物质颗粒的表面上，构建起初步的包覆结构。这种包覆结构对于后续浆料的制备至关重要，因为它有助于提高活性物质与电解液之间的接触面积，优化电子和离子在电极内部的传输路径，从而提升电池的充放电效率和循环稳定性。干混工艺的目的之一就是尽量减少活性物质颗粒间的直接接触和自发团聚的趋势，确保各种组分在无溶剂环境下的初步分散均匀性。这样做的好处是在后续加入溶剂和其他添加剂时，已分散均匀的基本组成能够更好地分散在溶剂中，形成高质量的正极浆料，从而为最终锂离子电池的高性能奠定基础。

8、步骤s2中，将粘结剂溶剂掺入干混料中，旨在加速粘结剂粉末对活性物质颗粒表面的渗透与均匀吸附，此时，碳纳米管与粘结剂将形成协同效应，共同对抗颗粒团聚。碳纳米管因其显著的大比表面积和卓越的长径比特性，展现出强大的分散稳定效能，如同在浆料内部构建了一个灵活且紧密的分散网络，不仅能够有效地分散并稳定活性物质颗粒，同时也能将导电炭黑均匀地分散并整合其中，即使在高固态含量的浆料制备过程中，仍然能确保浆料具有出色的分散性和流动性。此外，碳纳米管的独特结构特性还在于其能够建立连续且高效的导电通路，其轴向与侧壁的碳原子皆可作为电子的有效传输载体，极大地提升了电极材料的整体导电性能。当将其整合入正极材料结构时，碳纳米管能显著增进活性物质与导电剂之间的相互接触与电子转移效率，从而有效缩减电池内部的欧姆电阻，进一步显著增强电池的充放电速度性能以及循环耐久性，对锂离子电池的整体性能提升起着至关重要的支持作用。

9、步骤s3中将粘结剂溶剂加入到先前已经完成润湿和初步分散的高固含量浆料中，利用运用高速分散设备对浆料进行精密细致的二次分散与调粘处理。此举旨在确保浆料内部的所有组分，包括活性物质、导电剂、粘结剂以及碳纳米管等，能够得到充分而彻底的解聚，并实现均匀而精细的分散状态，进而调整优化浆料的粘度以及颗粒尺寸分布，使其达到理想状态。

10、作为优选，所述活性物质包括钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、镍钴铝酸锂中的一种或多种。所述粘结剂粉末为聚偏氟乙烯，所述粘结剂溶剂为n-甲基吡咯烷酮。

11、作为优选，步骤s1中，所述第一粘结剂粉末和第二粘结剂粉末的质量比为(5～7)：(3～5)。

12、本方案巧妙地利用了不同分子量粘结剂粉末的特性差异，实现了正极浆料在分散性、粘接性能和电化学性能上的优化，从而提升了最终锂离子电池的综合性能。具体而言，本条技术方案中不同分子量的粘结剂粉末提供了不同的粘接特性，高分子量的第一粘结剂粉末可提供较强的机械强度和结构稳定性，而低分子量的第二粘结剂粉末则有助于改善浆料的分散性和涂布性能。两者结合可以在浆料中形成浓度梯度或结构梯度，这既可以保证活性物质颗粒之间有足够的粘合力，又能够避免过度粘结导致的团聚现象。此外，本条技术方案还通过调整两种粘结剂粉末的质量配比，可以灵活地在粘接强度与电池能量密度之间找到最佳平衡点，确保电池的结构稳定性和循环寿命的同时，也能达到较高的能量输出和快速充放电的能力。

13、作为优选，高固含浆料中固体原料的质量份为：活性物质95～97.5份、导电炭黑0.1～3份、粘结剂粉末0.1～3份，碳纳米管0.1～1份；高固含浆料固含量为70～80％。

14、作为优选，步骤s1中，干混条件为：搅拌速度18～23rpm，分散速度450～550rpm，时间25～35min。

15、作为优选，步骤s2中，捏合润湿条件为：搅拌速度13～20rpm，时间25～35min。

16、作为优选，步骤s3中，高速分散调粘的条件为：搅拌速度25～35rpm，分散速度1000～1400rpm，真空度≤-85kpa，时间100～120min。

17、作为优选，步骤s1、s2的温度设置为13～17℃，步骤s3的温度为20～35℃。

18、上述任一项所述的制备方法制得的正极浆料。

19、作为优选，所述正极浆料在20～35℃下，粘度为8000～9000mpa·s。

20、作为优选，所述正极浆料的固含量为60～65％，所述浆料的颗粒度≤15um。

21、一种极片，由上述任一项所述的正极浆料在基材上涂布干燥得到。

22、与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：

23、本技术通过原料选取以及制备工艺设计，成功开发出一种新型的锂离子电池正极浆料制备方法，可以解决干法制程中普遍存在的粉体颗粒团聚问题。具体的，本技术步骤s1中，通过预先将活性物质、导电剂及粘结剂粉末进行干混处理，构建起了初步的粘结剂包覆结构，为后续浆料性能的提升奠定了基础。步骤s2中，通过将粘结剂溶剂与碳纳米管一同加入预混好的干混料中，形成了碳纳米管与粘结剂间的协同作用机制，两者共同作用于颗粒间，有效地抵御了团聚现象的发生。在后续的步骤s3中，通过采用高速分散设备对已润湿和初步分散的浆料进行精细化的二次分散与调粘处理，确保了浆料内部所有的组成成分，包括活性物质、导电剂、粘结剂以及碳纳米管，都能够充分地分散开，达到理想的均匀性和细分散状态。这一精巧的工艺流程不仅消除了颗粒团聚的隐患，更是显著提升了所制备电池的电化学性能，如充放电效率、循环稳定性和能量密度等关键指标，为锂离子电池的性能升级提供了强有力的技术支撑。