本发明涉及凝胶抑制方法,具体为一种抑制高镍三元正极浆料形成凝胶的方法。
背景技术:
1、镍钴锰酸锂(过渡金属元素包括ni、co、mn,简称ncm三元材料)是目前新能源动力电池应用最广泛的正极材料之一。ncm三元正极通过ni2+/ni3+和ni3+/ni4+电对提升正极材料的克容量,因此ni元素含量越多,能量密度越大。然而,随着ni含量增加(>50%),材料表面的残碱量增加,在高镍三元正极浆料的制备过程中经常出现果冻状凝胶的现象,浆料丧失流动性,影响后续涂覆工艺的进行,严重降低了加工性和生产效率。
2、目前解决高镍三元正极浆料凝胶化的主要做法是加入添加剂,以中和材料表面的碱性物质。例如:通过向浆料中加入有机酸性添加剂,以此中和正极表面的残碱,防止浆料形成凝胶;通过在三元正极表面包覆一层硅烷偶联剂,有效提高了三元正极的空气稳定性,有效阻止浆料的凝胶;通过向浆料中加入苯基自由基淬灭剂,有效抑制凝胶的形成,但浓度不易控制,挥发不完全,成本较高。但是这些方法都不可避免地引入新的杂质,不能够完全挥发,无法从源头抑制凝胶形成,也会不可避免地增加新的界面,导致正极材料的性能发生衰减。
技术实现思路
1、发明目的:为了克服现有技术中存在的不足,本发明的目的是提供一种可控不残留、成本较低、简单方便、从源头抑制高镍三元正极浆料形成凝胶的方法。
2、技术方案:本发明所述的一种抑制高镍三元正极浆料形成凝胶的方法,包括以下步骤:
3、步骤一,将铵盐和高镍三元正极按质量比0.15~0.25:1溶解在有机溶剂中,再与super p(超导炭黑)、聚偏氟乙烯混合,高镍三元正极、聚偏氟乙烯、super p的质量比为7~9:0.5~2:0.5~1,加入到电极浆料进行球磨混料,得到电池正极浆料;
4、步骤二,将电池正极浆料涂布,铵盐持续抑制凝胶的形成;
5、步骤三,将步骤二所得物先50~60℃鼓风干燥,再100~120℃真空干燥,铵盐完全分解挥发。
6、进一步地,高镍三元正极材料的化学式为linixcoymnzo2,具备层状晶体结构,x+y+z=1。优选地,高镍三元正极材料为lini0.5co0.2mn0.3o2、lini0.6co0.2mn0.2o2、lini0.8co0.1mn0.1o2中的一种或多种。更优选地,高镍三元正极材料为lini0.8co0.1mn0.1o2。
7、进一步地,有机溶剂为n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基乙酰胺、磷酸二甲酯、碳酸乙烯酯中的任意一种。优选地,铵盐和高镍三元正极按质量比为0.2:1。
8、优选地,高镍三元正极、聚偏氟乙烯、super p的质量比为7:2:1。
9、进一步地,铵盐为碳酸氢铵、氯化铵、硝酸铵、硫酸铵、碳酸铵中一种或多种。优选地,铵盐为碳酸氢铵,分解温度最低,最容易不残留。
10、进一步地,步骤一中,球磨的振动频率为30~40hz,振动时长为0.5~1h。振动频率小于30hz,难以得到均匀的混料,;振动频率大于40hz,会颗粒尺寸太小。
11、进一步地,步骤三中,鼓风干燥的时间为1~2h,真空干燥的时间为12~20h。鼓风干燥低于50℃,会涂覆浆料定型缓慢;鼓风干燥高于60℃,,会涂覆浆料干燥过快易开裂。真空干燥低于100℃,会溶剂烘干不完全;真空干燥高于120℃,会破坏正极材料结构。
12、制备原理:高镍三元正极由于镍含量过高,导致表面残碱含量增加,在制备正极浆料的过程中容易与聚偏氟乙烯发生反应,聚合物链段-ch2-cf2-容易受碱性攻击发生脱氟化氢形成碳碳双键,持续反应就会产生果冻状凝胶的现象。通过引入铵盐,利用nh4+和高镍三元正极材料表面的碱性物质发生作用,从而从碱性源头抑制凝胶的产生。
13、有益效果:本发明和现有技术相比,具有如下显著性特点:
14、1、通过引入铵盐添加剂减弱高镍三元正极材料表面的碱性,铵盐在涂布过程中持续抑制凝胶,保证良好的涂布效果,在烘干过程中自动分解挥发,不会残留在体系中,即不会引入新的杂质,也不会导致材料性能衰减;
15、2、采用振动球磨的方式,单位容积产量大,磨碎效率高,占地面积小,设备重量轻,流程简单,混料均匀,加工稳定性和效率高,浆料粘度效果可以随时调整,灵活性高。
1.一种抑制高镍三元正极浆料形成凝胶的方法,其特征在于:包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的一种抑制高镍三元正极浆料形成凝胶的方法,其特征在于:所述高镍三元正极材料的化学式为linixcoymnzo2,具备层状晶体结构,x+y+z=1。
3.根据权利要求1或2所述的一种抑制高镍三元正极浆料形成凝胶的方法,其特征在于:所述高镍三元正极材料为lini0.5co0.2mn0.3o2、lini0.6co0.2mn0.2o2、lini0.8co0.1mn0.1o2中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种抑制高镍三元正极浆料形成凝胶的方法,其特征在于:所述有机溶剂为n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基乙酰胺、磷酸二甲酯、碳酸乙烯酯中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种抑制高镍三元正极浆料形成凝胶的方法,其特征在于:所述铵盐和高镍三元正极按质量比为0.2:1。
6.根据权利要求1所述的一种抑制高镍三元正极浆料形成凝胶的方法,其特征在于:所述高镍三元正极、聚偏氟乙烯、super p的质量比为7:2:1。
7.根据权利要求1所述的一种抑制高镍三元正极浆料形成凝胶的方法,其特征在于:所述铵盐为碳酸氢铵、氯化铵、硝酸铵、硫酸铵、碳酸铵中一种或多种。
8.根据权利要求1或7所述的一种抑制高镍三元正极浆料形成凝胶的方法,其特征在于:所述铵盐为碳酸氢铵。
9.根据权利要求1所述的一种抑制高镍三元正极浆料形成凝胶的方法,其特征在于:所述步骤一中,球磨的振动频率为30~40hz,振动时长为0.5~1h。
10.根据权利要求1所述的一种抑制高镍三元正极浆料形成凝胶的方法,其特征在于:所述步骤三中,鼓风干燥的时间为1~2h,真空干燥的时间为12~20h。