一种适用于电子烟用电芯的正极浆料的制备方法、电子烟用正极片、电芯及锂离子电池与流程

本发明涉及电池，具体涉及一种适用于电子烟用电芯的正极浆料的制备方法、电子烟用正极片、电芯及锂离子电池。

背景技术：

1、电子烟作为燃烧烟草的替代或补充产品，因其能适合时代的要求与时俱进，得到了快速的发展。随着电子烟的兴起以及普及，用户对电子烟的使用寿命要求也越来越高。目前市面上大多数的电子烟均使用的是锂离子电池，而锂离子电池的循环寿命关系着电子烟的使用寿命长短。

2、不同于常规锂离子电池使用场景，电子烟用电芯在抽吸时需进行大电流放电为加热模块供能使其快速升温，停止抽吸时需进行小电流放电使加热模块保持一定温度，持续抽吸之间形成大小电流交替脉冲放电现象。目前市场上现有的电子烟用锂离子电芯在大小电流脉冲放电循环条件(1.3c充电/5c放电10秒，0.5c放电270秒，搁置1分钟，交替放电至3v)下容量呈现阶梯式下降，快速衰减，其循环寿命不到500周，高温下仅有300周。现有的电子烟较短的循环寿命无法满足用户越来越高的使用需求，因此，急需提升电子烟用电芯的循环寿命以更好地满足用户越来越高的使用需求。

技术实现思路

1、为了解决的电子烟用电芯及锂离子电池在大小电流脉冲放电下容量快速衰减导致的循环寿命短而难以满足用户的使用需求的问题，提高电子烟用电芯及锂离子电池的循环性能和循环寿命，本发明提供一种适用于电子烟用电芯的正极浆料的制备方法、电子烟用正极片、电芯及锂离子电池。

2、根据本发明的第一个方面，提供一种适用于电子烟用电芯的正极浆料的制备方法，包括以下步骤：

3、s1.将粘结剂与第一溶剂进行预混合后，于公转速度w1、自转速度v1下搅拌分散t1分钟，得到胶溶液；

4、s2.将胶溶液与第一导电剂预混合后，于公转速度w2、自转速度v2下搅拌分散t2分钟，得到第一导电浆料；

5、s3.将第一导电浆料与第二导电剂预混合后，于公转速度w3、自转速度v3下搅拌分散t3分钟，得到第二导电浆料；

6、s4.将第二导电浆料与正极活性材料预混合后，于公转速度w4、自转速度v4下搅拌分散t4分钟，得到混合料；

7、s5.将混合料与第二溶剂于公转速度w5、自转速度v5下搅拌分散t5分钟，制得正极浆料；

8、w1＝w2＝w3＝w4＝w5＝5～50rpm；

9、v1＝v2＝100～3000rpm，v3＝v4＝v5＝300～3000rpm；

10、t1＝t4＝50～500，t2＝t3＝t5＝10～100。

11、锂离子电池的性能与匀浆工艺密切相关，匀浆过程中的搅拌分散速度、时间等关系着匀浆效果，而匀浆效果则会直接影响正极片、电芯及电池的性能。

12、发明人发现电子烟用锂离子电芯在大小电流脉冲放电循环条件下容量快速衰减，主要是因为在大小电流脉冲放电下常规正极因离子传导能力有限，大电流跳转至小电流时压差大，极化不断累积，导致现有的电子烟用锂离子电芯的容量快速衰减，进而影响电子烟用锂离子电芯的循环性能和循环寿命。

13、本发明通过对正极浆料的制备步骤中各物料的加入顺序进行调控并将各物料混合后搅拌分散时的公转速度均控制在5～50rpm之间，使各步骤中搅拌分散时的公转速度相同，能够保证在混合过程中各物料均具有适宜的剪切力，各物料的混合效果更好，使最终制得的正极浆料中各物料更加均匀和稳定，并使步骤s3、s4、s5中的自转速度保持一致，既有利于不同的导电剂之间导电网络的形成又使导电剂与正极活性材料之间具有更好的匀浆效果，同时将自转速度及时间控制在特定的范围之内，能够提高正极浆料的匀浆效果和稳定性，使得正极浆料中各物料的分散均匀性更好，降低了导电剂出现团聚的风险，有利于导电剂形成优良的导电网络，将利用本发明提供的正极浆料的制备方法制备得到的正极浆料应用于电子烟用正极片及电芯、锂离子电池的制备中，能够降低正极片的面电阻、电芯的交流内阻及大小电流电压差，进而提高电子烟用电芯在大小脉冲放电下的循环性能，最终延长了电子烟用锂离子电池的循环寿命。

14、若正极浆料的制备过程中的搅拌分散速度过快、时间过长，则容易导致正极浆料的粘度较低、稳定性差且浆料中的物料沉降过快，同时导电剂被剪切破坏成短链结构，难以形成优良的导电网络，进而导致正极片的面电阻升高，电芯的循环性能有所下降；若正极浆料的制备过程中的搅拌分散速度过慢、时间过短，会使得正极浆料难以充分搅拌均匀，导电剂容易出现团聚的现象，进而导致正极片的面电阻显著升高，电芯的循环性能显著下降。

15、优选地，按照质量比计算，粘结剂：第一导电剂：第二导电剂：正极活性材料＝0.2～2：0.2～2：0.12～1.2：94.8～99.48。

16、优选地，在s2中，第一导电剂为导电炭黑(sp)。

17、优选地，在s3中，第二导电剂由多壁碳纳米管(mwcnt)和单壁碳纳米管(swcnt)按照质量比0.1～1：0.02～0.2混合而成。

18、相较于采用sp、mwcnt、swcnt中的一种或两种作为导电剂的正极浆料而言，本方案采用sp+mwcnt+swcnt组合作为导电剂并分步加入搅拌分散，有利于降低制得的正极片的膜片电阻，使最终制得的电芯内阻及大小电流电压差值更小，并提高了电芯的循环性能。

19、优选地，在s1中，第一溶剂包括n-甲基吡咯烷酮(nmp)。

20、优选地，在s1中，粘结剂包括聚偏氟乙烯(pvdf)。

21、优选地，在s5中，第二溶剂包括n-甲基吡咯烷酮(nmp)。

22、优选地，在s1中，胶溶液的固含量为1～10％，粘度为1000～10000mpa·s。

23、优选地，在s5中，正极浆料的固含量为60～80％，粘度为2000～6000mpa·s。

24、正极浆料的固含量和粘度受粘结剂的含量、搅拌分散速度及时间的影响，综合上述几个方面的影响，将最终制得的正极浆料的固含量及粘度控制在上述范围之内，有利于提高正极浆料的涂布性能，使得正极浆料能够较好地匹配涂布工序。

25、若正极浆料的固含量过高，会提高正极浆料的粘度，导致正极浆料的涂布均匀性下降；若正极浆料的固含量过低，会导致正极浆料的涂布和烘烤困难、正极活性涂层易开裂、粘结剂及导电剂易上浮，最终导致正极片的均一性差、正极活性涂层与正极集流体之间的剥离力低。

26、若正极浆料的粘度过大，则在正极浆料的涂布过程中其流平性较差，会导致由正极浆料涂布后得到的正极活性涂层的面密度波动较大，使制得的正极片的均一性较差；若正极浆料的粘度过小，则在正极浆料的涂布过程中会出现拖尾严重的情况，进而使得正极片及电芯、电池的性能有所下降。

27、优选地，在s4中，正极活性材料选自钴酸锂材料、三元正极材料中的至少一种。

28、优选地，正极活性材料的粒径d50为5～10μm，比表面积为0.1～0.5m2/g，振实密度为2～3g/cm3。

29、优选地，在s1、s2、s3、s4中，预混合的操作条件如下：公转速度5～50rpm，自转速度50～500rpm，搅拌分散时间5～50分钟。

30、优选地，预混合操作在搅拌缸中进行，且在预混合结束后，将搅拌缸的缸壁和搅拌浆上的物料刮进混合体系中。

31、在正极浆料的制备过程中先进行预搅拌及刮缸，能够避免搅拌浆与缸壁之间的区域无法均匀搅拌分散，有利于改善正极浆料的颗粒度及细度。

32、优选地，在s1、s2、s3、s4、s5的搅拌分散的操作过程中，对反应体系进行抽真空并控制反应体系的温度为15～45℃。

33、优选地，在s1、s2、s3、s4、s5的搅拌分散的操作过程中，通过冷却水循环实现反应体系的温度控制。

34、在正极浆料的制备过程中进行抽真空处理和通冷却水操作，抽真空可以消除正极浆料在搅拌分散过程中产生的气泡，改善正极浆料在涂布后形成的正极活性涂层的质量，通冷却水保证搅拌温度在15～45℃范围内则可以改善正极浆料的稳定性。

35、搅拌分散过程是一个不断产热的过程，若不对正极浆料搅拌分散过程中的温度进行控制，随着搅拌分散过程的进行，体系的温度会越来越高，正极浆料的粘度会降低，在停止搅拌分散后正极浆料的粘度反弹严重，影响正极浆料的涂布质量，若正极浆料的搅拌分散过程中的温度过低，则会导致正极浆料的粘度过高，剪切作用过强，对导电剂特别是mwcnt和swcnt的破坏性较大，既不利于匀浆，又使得mwcnt和swcnt容易被剪切成短链结构而影响导电网络的形成，进而劣化了正极片和电芯的性能。

36、根据本发明的第二个方面，提供一种电子烟用正极片，该正极片包括正极集流体和正极活性涂层，正极活性涂层由正极浆料制备得到，正极浆料由上述适用于电子烟用电芯的正极浆料的制备方法制备得到。

37、优选地，正极集流体的厚度为8～16μm。

38、优选地，正极活性涂层的面密度为100～350g/m2。

39、优选地，正极片的厚度为33～103μm。

40、根据本发明的第三个方面，提供一种电子烟用电芯，该电芯包括上述电子烟用正极片。

41、根据本发明的第四个方面，提供一种电子烟用锂离子电池，该锂离子电池包括上述电子烟用电芯。

42、将利用本发明提供的正极浆料的制备方法制备得到的正极浆料应用于电子烟用正极片、电芯及锂离子电池的制备中，能够降低正极片的面电阻、电芯的交流内阻及大小电流电压差，进而提高电子烟用电芯在大小脉冲放电下的循环性能，延长了电子烟用锂离子电池的循环寿命。