[发明专利]高镍三元正极浆料及其制备方法、正极极片、锂离子电池

说明书

本发明涉及一种高镍三元正极浆料的制备方法，包括以下步骤：S1，在反应容器中依次加入溶剂、粘结剂和含不饱和碳碳双键的有机酸，搅拌均匀得到溶液A；S2，在所述溶液A中加入导电剂和高镍三元正极材料，搅拌完成后得到正极浆料，所述正极浆料进行抽真空后再冷却至室温。本发明还涉及一种使用该制备方法所制备的高镍三元正极浆料，使用该高镍三元正极浆料所制备的正极极片和使用该正极极片所制备的高镍三元锂离子电池。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，特别是涉及一种高镍三元正极浆料的制备方法，使用该制备方法所制备的高镍三元正极浆料，使用该高镍三元正极浆料所制备的正极极片和使用该正极极片所制备的高镍三元锂离子电池。

背景技术

随着锂离子电池应用场景的不断拓展与延伸，锂离子电池的容量要求越来越高。正极材料结构中的锂离子是维持锂离子电池正常工作的唯一来源，因此正极材料的能量密度很大程度上决定了一个电池的能量密度。在此背景下，以523、622、811为代表的高镍三元正极材料越来越受到人们的关注，成为近些年来研究的热点。三元材料中的镍元素呈碱性，暴露在空气中易吸收水分和CO₂，与表层残锂反应生成残碱(LiOH和Li₂CO₃)，三元材料中镍含量越高，表面碱越多。这些残碱不仅进一步增加材料的pH值，还引发粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)的消除反应，同时脱氟后的双键相互结合导致浆料凝胶化，直接影响正极浆料的流动性，进而严重影响了三元材料的电化学性能和储存性能。目前，已报道的解决办法主要是高镍材料制备工艺改善、PVDF改性、制浆过程改进、使用酸性添加剂四类。而原材料改性成本较高，浆料制程利用惰性气体保护不适合大规模量产，所以在工艺中使用酸性添加剂对于量产线是个合适的选择。

CN106571468A公开了一种高镍三元锂离子电池正极浆料，该浆料中含有混合添加剂(分散型添加剂和酸性缓冲型添加剂)，使用该添加剂能改善高镍三元正极粉料表面的酸碱度，提高粉体的分散力，减少试剂使用量和制浆时间，解决了浆料粘稠问题。但混合添加剂中含有分散型添加剂，使得其相对于普通添加剂价格昂贵，不具有成本优势。

CN111710868A公开了一种高碱性正极浆料，通过添加酸性导电剂能中和正极活性材料的碱性，并与碱性物质作用包覆在正极活性表面，提高浆料的均一性和稳定性，降低接触电阻并提高极片电导率。但其浆料后期的干燥质量及实际应用还有待验证。

CN109119632A公开了一种正极浆料，该浆料通过添加硼酸能降低正极材料表面的杂质锂含量，在正极材料表面形成锂快离子导体，提高正极材料的导电性。但实施例中锂离子电池的放电容量最高为2.25Ah，该浆料对锂电性能的提升有限。

CN112510192A公开了一种正极浆料，该浆料含酸性添加剂(草酸、LiPF₆、柠檬酸、硅酸四乙酯中的任意一种或至少两种的组合)能降低正极浆料的碱度，改善其加工性能。但高镍正极材料与添加剂的质量之比为1:0.01～0.1，添加剂的用量过大，增加了生产成本。

上述技术方案均能在一定程度上除去高镍三元材料表面的残碱，改善正极浆料的流动性和加工性，但同样也存在一定的局限，如成本高、生产周期长、浆料热力学性能及锂电电化学性能提升有限等。

发明内容

为克服现有技术的局限，满足降低成本、高效快速降低残碱含量抑制浆料凝胶化、提升正极材料及锂电电化学性能和大规模生产的需要，本发明在原本生产工艺条件下，添加了含不饱和碳碳双键的有机酸，其相对于无机酸和饱和的有机酸具有更强的反应活性和酸性，添加较少的量就能快速吸附到高镍三元材料表面，与OH^-、CO₃^2-反应而降低碱含量，抑制PVDF发生脱氟反应，防止浆料凝胶化，有效提升了浆料的流动性和高镍三元正极材料的电化学性能。

第一个方面，本发明提供了一种高镍三元正极浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：