СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ АКТИВНОЙ МАССЫ ПОЛОЖИТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДА ЛИТИЙ-ИОННОГО АККУМУЛЯТОРА Российский патент 2024 года по МПК H01M4/1391 H01M10/525 

Изобретение относится к технологиям получения положительного электрода литий-ионных аккумуляторов (ЛИА) и может быть использовано в производстве ЛИА.

Известен полимерный литий-ионный аккумулятор (патент RU 193504 U1), содержащий в составе положительного электрода, %: литий-кобальт диоксида 94,2, поливинилденфторида 2,8, углерода 2, графита 1, обладающий увеличенной разрядной емкостью. Полезная модель позволяет стабилизировать процесс интеркаляции и деинтеркаляции в повторяющихся электрических циклах заряда-разряда.

Недостатком данной полезной модели является отсутствие информации о способах и режимах перемешивания активной массы положительного электрода, что затрудняет его практическое использование.

Известна технология приготовления активной массы положительного электрода («Приготовление активной массы положительного электрода для полимерных литий-ионных аккумуляторов». Технологическая инструкция ПАО «Энергия», принята за прототип), включающая следующие операции. Для приготовления активной массы положительного электрода литий-ионного аккумулятора высушивают проводимый углерод черный супер Р, графит KS-6, литий кобальт диоксид и поливинилиденфторид при температуре 80-120°С в течение 5 часов, готовят клеевой раствор путем смешивания N-метил-2 пирролидона (NMP) и поливинилиденфторида в вакуумном миксере MSK-SFM-9 в течение 2 часов на скорости 105 об/мин. с измельчением 1960 об/мин. при вакуумметрическом давлении 0,08-0,1 МПа. Количество компонентов берут из расчета, масс. %: поливинилиденфторид 2,8, NMP 43. В полученный клеевой раствор добавляют проводимый углерод черный Супер Р, графит KS-6 и перемешивают при скорости 120 об/мин. с измельчением 1960 об/мин. в течение 30 минут без вакуума, затем в течение 2 часов при вакуумметрическом давлении 0,08-0,1 МПа. Количество компонентов берут из расчета масс. %: проводимый углерод черный Супер Р 2, графит KS-6 1. Затем добавляют к полученной смеси литий кобальт диоксид и перемешивают в вакуумном миксере при скорости 75 об/мин. с измельчением 1400 об/мин. в течение 30 минут без вакуума, затем в течение 3 часов на скорости 105 об/мин. с измельчением 1960 об/мин. при вакуумметрическом давлении 0,08-0,1 МПа, затем еще 30 минут на скорости 90 об/мин. с измельчением 1680 об./мин. при вакуумметрическом давлении 0,08-0,1 МПа. Количество литий кобальта диоксида берут из расчета 94,2 масс. %. Время приготовления активной массы составляет 9 часов.

Недостатком данного способа получения активной массы является длительный цикл продолжительностью не менее 9 часов, из-за чего необходимо прерывать его на этапе проводящего клеевого раствора и производить замес и нанесение массы 2 рабочих дня. Основной компонент - литий кобальт диоксид добавляется на второй день, т.к. готовая активная масса хранению не подлежит.

Проблемой технологий приготовления активной массы положительного электрода является длительный производственный цикл, снижающий общую производительность производства, так как время приготовления активной массы превышает продолжительность смены, что создает дополнительные временные затраты этого участка производства, связанные с организационно-производственными причинами.

Указанная проблема решается предлагаемым способом приготовления активной массы положительного электрода, направленного на увеличение производительности приготовления положительных электродов.

Техническим результатом изобретения является уменьшение времени приготовления активной массы, влияющее на производительность приготовления.

Способ приготовления активной массы положительного электрода литий-ионного аккумулятора, состоящий в высушивании проводимого углерода черного супер Р, графита KS-6, поливинилиденфторида и литий кобальта диоксида при температуре 80-120°С в течение 5 часов, смешивании с измельчением литий кобальта диоксида, углерода черного Супер Р, графита KS-6 и поливинилиденфторида в растворе NMP в вакуумном миксере при следующем соотношении компонентов, масс. %: литий кобальт диоксид 94,2, проводимый углерод черный Супер Р 2, графит KS-6 1, поливинилиденфторид 2,8, и NMP 43% от суммы масс сухих компонентов, причем высушенные литий кобальт диоксид, проводимый углерод черный Супер Р, графит KS-6 смешивают с поливинилиденфторидом в вакуумном миксере в течение 30 минут на скорости 15 об/мин. с измельчением на скорости 200 об/мин., в полученную смесь добавляют NMP в пропорции 80-85% от его общего количества, перемешивают в вакуумном миксере в течение 30 мин. на скорости 20 об/мин. с измельчением на скорости 900 об/мин., продолжают перемешивание на скорости 65 об/мин. с измельчением 2250 об/мин. в вакуумном миксере в течение 2 часов при вакуумметрическом давлении 0,08-0,1 МПа, затем добавляют оставшееся количество NMP и перемешивают на скорости 65 об/мин. с измельчением 2250 об/мин. в вакуумном миксере при вакуумметрическом давлении 0,08-0,1 МПа в течение 30 мин., затем пропускают полученную массу через никелевую сетку с размером ячеек 0,100 мм.

Смешивание с измельчением литий кобальта диоксида, проводимого углерода черного Супер Р, графита KS-6 и поливинилиденфторида в сухом состоянии позволяет получить однородную смесь, так как при таком способе смешивания на результат не влияет значительная разница в плотности материалов, а также исключается комкование связующего, поливинилиденфторида при последующем добавлении водного раствора полимерной анионной дисперсии. Скорость перемешивания выбрана таким образом, чтобы исключить потери проводимого углерода черного Супер Р за счет пыления и уноса в вакуумную систему. При выбранной скорости измельчения происходит дезинтеграция частиц порошка поливинилиденфторида без нагрева смеси. Проведенными исследованиями было показано, что при времени сухого смешивания менее 30 минут в смеси остаются неоднородные фрагменты, а при времени смешивания более 30 минут смесь уже не меняет своей однородности. При скорости перемешивания менее 15 об/мин. не обеспечивается однородность смеси, при большей скорости начинается унос углерода черного Супер Р. При скорости измельчения менее 200 об/мин. в смеси остаются крупные агломераты порошка поливинилиденфторида, большая скорость измельчения приводит к частичной агломерации литий кобальта диоксида. Последующее добавление NMP в количестве 80-85% от общей массы смеси в совокупности с перемешиванием с измельчением обеспечивают получение вязкости, предотвращающей расслаивание компонентов по плотности при большем количестве NMP и появление в смеси комков при меньшем ее количестве. Скорость перемешивания 20 об/мин. в течение 30 мин. с измельчением 900 об/мин. способствует получению суспензии компонентов с равномерным распределением по объему. При большей скорости перемешивания большая часть неперемешанной смеси остается на стенках чаши и в дальнейшем приводит к образованию комков. Скорость измельчения 900 об/мин. препятствует агломерации частиц углерода черного Супер Р и литий кобальта диоксида вследствии их взаимодействия с постепенно набухающим поливинилиденфторидом. Большая скорость измельчения приводит к нежелательному перегреву смеси. Последующее перемешивание на скорости 65 об/мин. с измельчением 2250 об/мин. при вакуумметрическом давлении 0,08-0,1 МПа в течение 2 часов необходимо для равномерного распределения поливинилиденфторида по объему смеси, а скорость измельчения 2250 об./мин. предотвращает коагуляцию коллоидной системы с поливинилиденфторидом. При большей скорости перемешивания и измельчения начинается недопустимый нагрев смеси, а при меньшей скорости измельчения может происходить частичная коагуляция. Время 2 часа является оптимальным, обеспечивающим необходимую вязкость и однородность смеси. Применение перемешивания при вакуумметрическом давлении 0,08-0,1 МПа предотвращает образование воздушных пузырьков в смеси, что препятствует ее качественному перемешиванию. Добавление после перемешивания оставшегося количества NMP обеспечивает снижение вязкости, что необходимо для нанесения активной массы на токоотвод. Перемешивание с оставшимся количеством NMP на скорости 65 об/мин. с измельчением 2250 об/мин. в вакуумном миксере при вакуумметрическом давлении 0,08-0,1 МПа в течение 30 мин. проводится для обеспечения равномерности плотности и вязкости активной массы и отсутствия в массе воздушных пузырьков. Приведенные параметры обеспечивают достижение равномерности активной массы без ее перегрева.

Пропускание полученной активной массы через никелевую сетку с размером ячеек 0,100 мм исключает попадание сгустков активной массы на токоотвод, что может привести к браку при последующей прокатке.

Пример реализации способа приготовления активной массы положительного электрода литий-ионного аккумулятора.

Для приготовления активной массы положительного электрода литий-ионного аккумулятора провели высушивание проводимого углерода черного супер Р, графита KS-6, литий кобальт диоксида и поливинилиденфторида при температуре 80-120°С в течение 5 часов, далее литий кобальт диоксид, углерод черный Супер Р, графит KS-6 и поливинилиденфторид смешивали в сухом состоянии в вакуумном миксере MSK-SFM-9 в течение 30 минут на скорости 15 об/мин. с измельчением 200 об/мин. Количество компонентов брали из расчета, масс. %: литий кобальт диоксид 94,2, углерод черный Супер Р 2, графит KS-6 1, поливинилиденфторид 2,8. В полученную смесь добавили NMP из расчета 43 масс. % в пропорции 80-85% от общего количества смеси и перемешивали в вакуумном миксере в течение 30 мин. на скорости 20 об/мин. с измельчением на скорости 900 об./мин., затем на скорости 65 об./мин. с измельчением 2250 об/мин. при вакуумметрическом давлении 0,08-0,1 МПа в течение 2 часов. К полученной смеси добавили оставшееся количество NMP и перемешивали на той же скорости при вакуумметрическом давлении 0,08-0,1 МПа в течение 30 минут. Затем пропустили полученную массу через никелевую сетку с размером ячеек 0,100 мм. Время приготовления активной массы составило 4 часа.

Таким образом, предлагаемый способ приготовления активной массы положительного электрода литий-ионного аккумулятора обеспечивает сокращение времени приготовления активной массы, что позволяет увеличить производительность процесса.

Изобретение относится к технологиям получения положительного электрода литий-ионных аккумуляторов (ЛИА) и может быть использовано в производстве ЛИА. Техническим результатом изобретения является уменьшение времени приготовления активной массы, влияющее на производительность приготовления. Технический результат достигается тем, что в способе приготовления активной массы положительного электрода ЛИА высушенные литий-кобальта диоксид, проводимый углерод черный Супер Р, графит KS-6 смешивают с поливинилиденфторидом в вакуумном миксере в течение 30 минут на скорости 15 об/мин с измельчением на скорости 200 об/мин, в полученную смесь добавляют NMP в пропорции 80-85% от его общего количества, перемешивают в вакуумном миксере в течение 30 мин на скорости 20 об/мин с измельчением на скорости 900 об/мин, продолжают перемешивание на скорости 65 об/мин с измельчением 2250 об/мин в вакуумном миксере в течение 2 часов при вакуумметрическом давлении 0,08-0,1 МПа, затем добавляют оставшееся количество NMP и перемешивают на скорости 65 об/мин с измельчением 2250 об/мин в вакуумном миксере при вакуумметрическом давлении 0,08-0,1 МПа в течение 30 мин, затем пропускают полученную массу через никелевую сетку с размером ячеек 0,100 мм.

Способ приготовления активной массы положительного электрода литий-ионного аккумулятора, состоящий в высушивании проводимого углерода черного Супер Р, графита KS-6, литий-кобальта диоксида и поливинилиденфторида при температуре 80-120°С в течение 5 часов, смешивании с измельчением литий-кобальта диоксида, углерода черного Супер Р, графита KS-6, поливинилиденфторида в растворе NMP (N-метил-2 пирролидона) в вакуумном миксере при следующем соотношении компонентов, масс. %: литий-кобальта диоксид 94,2, проводимый углерод черный Супер Р 2, графит KS-6 1, поливинилиденфторид 2,8 и NMP 43% от суммы масс сухих компонентов, отличающийся тем, что высушенные литий-кобальта диоксид, проводимый углерод черный Супер Р, графит KS-6 смешивают с поливинилиденфторидом в вакуумном миксере в течение 30 минут на скорости 15 об/мин с измельчением на скорости 200 об/мин, в полученную смесь добавляют NMP в пропорции 80-85% от ее общего количества, перемешивают в вакуумном миксере в течение 30 мин на скорости 20 об/мин с измельчением на скорости 900 об/мин, продолжают перемешивание на скорости 65 об/мин с измельчением 2250 об/мин в вакуумном миксере в течение 2 часов при вакуумметрическом давлении 0,08-0,1 МПа, затем добавляют оставшееся количество NMP и перемешивают на скорости 65 об/мин с измельчением 2250 об/мин в вакуумном миксере при вакуумметрическом давлении 0,08-0,1 МПа в течение 30 мин, затем пропускают полученную массу через никелевую сетку с размером ячеек 0,100 мм.