[发明专利]制备电池电极的方法

说明书

本发明提供了一种基于水性浆料制备电池电极的方法。本申请所公开的方法的优点是在制造方法中可使用水性溶剂，其可通过避免需要处理或循环利用危险的有机溶剂而节省工艺时间和设施。因此，通过简化总工艺，降低了成本。此外，具有通过本申请所公开的方法而制备的电极的电池显示出优异的能量保持性能。

技术领域

本发明涉及在可持续能源领域应用中的锂离子电池。更具体地，本发明涉及用于制备电池电极的水基浆料的用途。

背景技术

在过去的二十年中，锂离子电池(LIB)因其在便携式电子设备(例如，移动电话和笔记本电脑)中的广泛应用已经引起了广泛关注。由于电动车辆(EV)和电网储能的快速发展，高性能、低成本的LIB对大规模储能设备提供了当前最有前景的选择之一。

通常，锂离子电池包括隔膜、阴极和阳极。当前，通过将活性电池电极材料、导电剂和粘结剂材料的精细粉末分散在合适的溶剂中，制备电极。可以将该分散液涂覆在诸如铜金属箔或者铝金属箔的集流器上，然后在高温下干燥以去除溶剂。阴极板和阳极板随后与隔开阴极和阳极的隔膜堆叠或卷在一起以形成电池。

聚偏二氟乙烯(PVDF)对阴极电极和阳极电极两者已是最广泛使用的粘结剂材料。与非PVDF粘结剂材料相比，PVDF提供了良好的电化学稳定性以及对电极材料和集流器的高粘附性。然而，PVDF仅可以溶解在一些特定的有机溶剂(例如，N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP))中，其需要特定的处理、生产标准和以环境友好的方式循环利用有机溶剂。这将导致在制造工艺中的高昂的成本。

出于环境和处置的原因，优选使用水溶液来代替有机溶剂，因此已经考虑使用水基浆料。已经尝试水溶性粘结剂，例如羟甲基纤维素(CMC)和丁苯橡胶(SBR)。然而，CMC和SBR通常限于阳极用途。

美国专利第8,956,688B2号描述了制备电池电极的方法。该方法包括测量活性电极材料和导电添加剂材料的ζ电势；基于该ζ电势，选择阳离子分散剂或阴离子分散剂；测定活性电极材料和导电添加剂材料的等电点(IEP)；利用至少一种分散剂将活性电极材料和导电添加剂分散在水中以形成混合的分散液；处理集流器的表面以升高表面的表面能，使其至少为混合分散液的表面张力；将所分散的活性电极材料和导电添加剂沉积在集流器上；然后加热所涂覆的表面以从涂层去除水。然而，该方法是复杂的，包括测量活性电极材料和导电添加剂材料的ζ电势以及活性电极材料和导电添加剂材料的等电点(IEP)。并且需要用于处理集流器的表面的附加的表面处理步骤，以便提高容量保持率。

美国专利第8,092,557B2号描述了使用具有7.0至11.7的pH值的水基浆料，制作用于可充电锂离子电池的电极的方法，其中，电极包括电活性材料、(聚苯乙烯丁二烯橡胶)-聚(丙烯腈-丙烯酸铵)共聚物和导电添加剂。然而，该方法没有提供用于评价通过该方法所制备的电极的电化学性能的任何数据。

美国专利申请第2013/0034651A1号描述了用于制造电极的浆料，其中浆料包括在水溶液和可电化学激活的化合物中的聚丙烯酸(PAA)、羟甲基纤维素(CMC)、丁苯橡胶(SBR)和聚偏二氟乙烯(PVDF)中的至少三种的组合。然而，用于制备阴极电极的浆料包括丙酮或其他有机溶剂，例如，NMP和DMAC。

鉴于上文，一直存在开发一种使用简单的、廉价的和环境友好的方法来制备用于锂离子电池的阴极电极和阳极电极的方法的需求。

发明内容

通过本申请所公开的各个方面和实施方式满足了前述需要。

在一个方面中，本申请提供了一种制备电池电极的方法，包括以下步骤：

1)在具有约2.0至约7.5的pH值的第一水溶液中，预处理活性电池电极材料以形成第一悬浮液；

2)将所述第一悬浮液干燥以获得预处理的活性电池电极材料；

3)将所述预处理的活性电池电极材料、导电剂和粘结剂材料分散在第二水溶液中，以形成浆料；