本發(fā)明屬于鋰離子電池，尤其涉及一種正極漿料助劑、正極漿料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、磷酸鐵鋰的化學(xué)式為lifepo4，具有橄欖石晶體結(jié)構(gòu)，屬于正交晶系，空間群為pnmb或pnma，其晶體結(jié)構(gòu)由四面體po4基團(tuán)和八面體feo6基團(tuán)組成，li+離子嵌入四面體和八面體之間的空隙中，形成穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)，得益于磷酸根中強(qiáng)的p-o共價(jià)鍵，磷酸鐵鋰的橄欖石結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，它在完全充電狀態(tài)下能夠穩(wěn)定氧原子，避免其被氧化生成氧氣而釋放，從而提高了材料的安全性。因此，作為一種優(yōu)異的橄欖石結(jié)構(gòu)正極材料，磷酸鐵鋰具有出色的循環(huán)穩(wěn)定性和材料作為，已成為應(yīng)用最為廣泛的鋰電池正極材料。

2、然而，相比于鈷酸鋰和三元材料，磷酸鐵鋰的導(dǎo)電性相對較差，這使得其難以獲得高倍率下的充放電效率。另外，磷酸鐵鋰材料可脫嵌鋰的密度小于三元和鈷酸鋰等常見層狀材料，造成其能量密度劣勢。為改善磷酸鐵鋰的導(dǎo)電性、倍率性能和能量密度，目前主要采用的方法為碳包覆和材料粒徑納米化，對于碳包覆法而言，其作用原理是碳材料具有良好的導(dǎo)電性能，當(dāng)碳包覆在磷酸鐵鋰顆粒表面時(shí)，可以形成一層導(dǎo)電碳層，為電子在磷酸鐵鋰顆粒之間的傳輸提供了一條有效的路徑，這顯著增強(qiáng)了磷酸鐵鋰材料的電子導(dǎo)電性，使得電池在充放電過程中能夠更快地傳輸電流，從而提高電池的性能；同時(shí)，碳包覆層可以改善鋰離子的擴(kuò)散性能，使得鋰離子在充放電過程中能夠更快地嵌入和脫出，從而提高了電池的倍率性能；另外，雖然碳包覆層本身不直接貢獻(xiàn)能量密度，但它通過提高導(dǎo)電性和倍率性能，使得電池在相同條件下能夠放出更多的電能，間接提高了電池的能量密度；而材料粒徑納米化的作用原理是通過減小磷酸鐵鋰顆粒的粒徑，增加顆粒之間的接觸面積，從而提高了電子在顆粒間的傳輸效率，此外，納米化還能增加材料的比表面積，使得更多的活性位點(diǎn)暴露出來，有利于電子的傳輸和鋰離子的嵌入/脫出，由于鋰離子的擴(kuò)散能力與顆粒粒徑的平方成反比，因此減小顆粒粒徑可以大大提高鋰離子的擴(kuò)散速率，這使得電池在快速充放電過程中能夠保持較高的容量和效率，從而提升了電池的倍率性能；同時(shí)，納米化技術(shù)通過提高磷酸鐵鋰材料的電化學(xué)活性和利用率，可使得更多的鋰離子能夠參與到充放電過程中來，這直接提高了電池的比容量和能量密度。

3、在現(xiàn)有技術(shù)中，為充分改善磷酸鐵鋰材料的性能，常使用碳包覆和材料粒徑納米化配合使用的方式，但是，磷酸鐵鋰粒徑減小對電性能提高的同時(shí)會造成制備難度的提高，較小的粒徑意味著更大的比表面積，會增加其碳包覆難度，使得其表面殘堿和ph提高。較高的ph使得制成的極片吸水速率提高和更高的電芯熱壓短路率和隧道爐能耗。此外，較大的比表面積也造成勻漿過程中活性物質(zhì)浸潤難度大、漿料穩(wěn)定性差，進(jìn)而引起涂布開裂。

4、此外，通過分散劑的引入等方式可以有效的改善漿料的穩(wěn)定性，優(yōu)化涂布的開裂情況，如公開(公告)號為cn117659331a的中國專利公開了一種三維網(wǎng)絡(luò)防開裂分散材料的制備方法，所制得的分散劑具有分散性能優(yōu)異、防開裂效果突出等優(yōu)點(diǎn)，可兼顧分散和防開裂兩種功能；此外，公開(公告)號為cn117820599a的中國專利公開了一種紫外光固化增柔防開裂劑的制備方法，其通過紫外光固化增柔防開裂劑來改善正極極片漿料的開裂程度。然而現(xiàn)有的分散劑僅著力提高漿料穩(wěn)定性、優(yōu)化防開裂性能，未對極片的吸水速率進(jìn)行改善。

5、近年來，隨著鋰電正極材料向著高容量、納米化的發(fā)展，電極制備過程中的開裂和吸水速率變得更難控制，如果能夠開發(fā)一種具有高防開裂性能和較低吸水速率的正極漿料助劑及正極片，對鋰電池技術(shù)的發(fā)展將產(chǎn)生顯著的推動(dòng)作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對上述存在的技術(shù)問題，提供一種具有高防開裂性能和較低吸水速率的正極漿料助劑、正極漿料及其制備方法。

2、有鑒于此，本發(fā)明提供一種正極漿料助劑，包括：

3、組分a，其為具有降低極片吸水速率作用的功能單體，所述組分a為含有酸性基團(tuán)的非聚合物有機(jī)酸；

4、組分b，其為具有分散作用的功能單體；

5、組分c，其為協(xié)效劑；

6、以及，有機(jī)溶劑；

7、組分a和組分b在協(xié)效劑組分c的作用下形成所述正極漿料助劑。

8、進(jìn)一步的，所述酸性基團(tuán)為羧基。

9、進(jìn)一步的，所述組分a的分子量小于180。

10、進(jìn)一步的，所述組分a選自2-氧代丙酸、2,3-二羥基丁二酸、1,2-乙烷二甲酸、2-羥基丙酸中的一種或多種。

11、進(jìn)一步的，所述組分b選自月桂基聚氧乙烯醚、聚氧乙烯壬基苯基醚、硬脂酸單甘油酯、單硬脂酸脫水山梨糖酯中的一種或多種。

12、進(jìn)一步的，所述組分c選自2,3-二羥基丁二酸鈉、2-羥基丙酸鈉、聚丙烯酸丁酯、氫化丁腈橡膠中的一種或多種。

13、進(jìn)一步的，所述有機(jī)溶劑為n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基甲酰胺和二甲基亞砜中的至少一種。

14、進(jìn)一步的，所述組分a：組分b：組分c的重量比為(5～25):(10～20):(3～7)。

15、一種正極漿料助劑的制備方法，所述方法用于制備上述所述的正極漿料助劑，所述方法包括步驟：

16、s1，根據(jù)重量配比將組分a、組分b和有機(jī)溶劑加入至制備容器中，攪拌使混合均勻后備用；

17、s2，向容器中通入惰性氣體，并將容器加熱至設(shè)定溫度，在恒溫恒壓下保溫后根據(jù)重量配比加入組分c，攪拌反應(yīng)后出鍋、降溫，得到所述正極漿料助劑。

18、一種正極漿料，所述正極漿料中含有0.01～3wt％上述所述的正極漿料助劑。

19、本發(fā)明的有益效果是：

20、在本發(fā)明中，具有降低極片吸水速率作用的功能單體組分a和具有分散作用的功能單體組分b，在協(xié)效劑組分c的作用下形成所述正極漿料助劑，將所述正極漿料助劑添加至正極漿料中時(shí)，可顯著改善制備得到的正極片的抗裂性能，同時(shí)降低正極片的吸水速率。

21、此外，在本發(fā)明中，使用的組分a為含酸性基團(tuán)的非聚合物有機(jī)酸，且組分a的分子量較小，相比于高分子量的聚合物酸，本發(fā)明使用的低分子量非聚合物有機(jī)酸可有效規(guī)避自身的空間位阻效應(yīng)造成的分散不均，有益于其與磷酸鐵鋰表面吸水活性位點(diǎn)的結(jié)合。

技術(shù)特征：

1.一種正極漿料助劑，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極漿料助劑，其特征在于，所述酸性基團(tuán)為羧基。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的正極漿料助劑，其特征在于，所述組分a的分子量小于180。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的正極漿料助劑，其特征在于，所述組分a選自2-氧代丙酸、2,3-二羥基丁二酸、1,2-乙烷二甲酸、2-羥基丙酸中的一種或多種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極漿料助劑，其特征在于，所述組分b選自月桂基聚氧乙烯醚、聚氧乙烯壬基苯基醚、硬脂酸單甘油酯、單硬脂酸脫水山梨糖酯中的一種或多種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極漿料助劑，其特征在于，所述組分c選自2,3-二羥基丁二酸鈉、2-羥基丙酸鈉、聚丙烯酸丁酯、氫化丁腈橡膠中的一種或多種。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極漿料助劑，其特征在于，所述有機(jī)溶劑為n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基甲酰胺和二甲基亞砜中的至少一種。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極漿料助劑，其特征在于，所述組分a：組分b：組分c的重量比為(5～25):(10～20):(3～7)。

9.一種正極漿料助劑的制備方法，其特征在于，所述方法用于制備上述權(quán)利要求1～8任一項(xiàng)所述的正極漿料助劑，所述方法包括步驟：

10.一種正極漿料，其特征在于，所述正極漿料中含有0.01～3wt％上述權(quán)利要求1～8任一項(xiàng)所述的正極漿料助劑。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種正極漿料助劑、正極漿料及其制備方法，所述正極漿料助劑，包括：組分A，其為具有降低極片吸水速率作用的功能單體，所述組分A為含有酸性基團(tuán)的非聚合物有機(jī)酸；組分B，其為具有分散作用的功能單體；組分C，其為協(xié)效劑；以及，有機(jī)溶劑；組分A和組分B在協(xié)效劑組分C的作用下形成所述正極漿料助劑，本發(fā)明所述的正極漿料助劑、正極漿料制備得到的正極片具有良好的防開裂性能和較低的吸水速率。

技術(shù)研發(fā)人員：彭明星,段紹剛,葉逢貴,吳珂珂,吳仕明,曹輝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：瑞浦蘭鈞能源股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30