CN100492721C - 高倍率锂离子电池极片及其制备方法 - Google Patents

高倍率锂离子电池极片及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高倍率锂离子电池极片及其制备方法。该电池极片包括电极活性物质、集流体、粘合剂和导电剂，所述电池极片的厚度在40～100μm之间；其中正极的电极活性物质选自钴酸锂、锰酸锂中的一种或两种的混合物，负极的电极活性物质为粒径D50分布在5～11μm之间的人工石墨；所述粘合剂为聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯；所述导电剂选自导电碳黑、超导碳黑、导电石墨、乙炔黑、碳纳米管中的一种或两种或两种以上的混合物；电极活性物质、粘合剂和导电剂的重量百分比依次为85～96%、2～8%、1～10%。本发明解决了聚合物锂离子电池的比功率低、高倍率放电性能较差的问题。

Description

高倍率锂离子电池极片及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池及其制备方法，尤其公开了一种高倍率聚合物锂离子电池极片及其制作方法。
背景技术
做为九十年代初发展起来的新型绿色能源，聚合物锂离子电池具有能量密度高，平均输出电压高，自放电小，循环性能优越，安全性好等特点，适应了现在电子产品对电池的需求，所以在短短的十几年中取得了迅猛的发展。但同时也在应用中暴露出聚合物锂离子电池的比功率低的特点，其高倍率放电性能较差，为解决这一问题，各研究机构在锂离子电池的材料与工艺方面做了大量的工作。其中极片制作技术的研究是重点之一。
常规的聚合物锂离子电池极片厚度为150～200μm，极片的材料、厚度与其制作工艺制约了锂离子的嵌入嵌出速度，从而大大的制约了聚合物锂离子电池的高倍率大电流放电性能。而常规极片的厚度是由传统的正负极材料的物理及化学性质与涂布方法限定的，所以在传统材料与工艺的基础上，聚合物锂离子电池高倍率大电流放电时间的提升空间很小。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种克服上述不足、厚度薄、大电流工作时放电时间长的高倍率锂离子电池极片及其制备方法。
本发明通过以下技术方案实现：
一种高倍率锂离子电池极片，包括电极活性物质、集流体、粘合剂和导电剂，所述电池极片的厚度在40～100μm之间；其中正极的电极活性物质选自钴酸锂、锰酸锂中的一种或两种的混合物，负极的电极活性物质为粒径D50分布在5～11μm之间的人工石墨；所述粘合剂为聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯；所述导电剂选自导电碳黑、超导碳黑、导电石墨、乙炔黑、碳纳米管中的一种或两种或两种以上的混合物；电极活性物质、粘合剂和导电剂的重量百分比依次为85～96％、2～8％、1～10％。
进一步，本发明提供了一种制备高倍率锂离子电池极片的方法，它包括如下步骤：
1)制备正极浆料
将粘合剂与溶剂加入搅拌机中使其充分溶解，再将正极的电极活性物质、导电剂加入粘合剂的溶液中以2000转/分钟的速度搅拌直至分散均匀，制成粘度为1000～8000Pa.s的正极浆料；
其中正极片的组份和重量百分比为：85～96％的正极的电极活性物质选自钴酸锂、锰酸锂中的一种或两种的混合物，2～8％的粘合剂为聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯，1～10％的导电剂选自导电碳黑、超导碳黑、导电石墨、乙炔黑、碳纳米管中的一种或两种或两种以上的混合物；
2)制备负极浆料
将粘合剂与溶剂加入搅拌机中使其充分溶解，再将负极的电极活性物质、导电剂加入粘合剂的溶液中以2000转/分钟的速度搅拌直至分散均匀，制成粘度为1000～8000Pa.s的负极浆料；
其中负极片的组份和重量百分比为：85～96％的负极的电极活性物质为粒径分布D50在5～11μm之间的人工石墨，2～8％的粘合剂为聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯，1～10％的导电剂选自导电碳黑、超导碳黑、导电石墨、乙炔黑、碳纳米管中的一种或两种或两种以上的混合物；
3)制备正负极片
将上述步骤中制得的正负极浆料分别均匀的涂覆在正负极集流体上，涂布厚度为70～180μm，在70～120℃的真空烘箱中烘干5～8小时后，在辊压机上辊压制得厚度在40～100μm之间的正负极片。
所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮或去离子水中的一种；其在负极浆料中的重量为负极活性物质与导电剂、粘合剂重量之和的80～100％；其在正极浆料中的重量为正极活性物质与导电剂、粘合剂重量之和的90～120％。
本发明具有以下有益效果：
本发明具有涂布均一性好，厚度超薄的特点，将这种极片制成的电芯，在高倍率大电流(10C)的情况下，放电时间由普通聚合物锂离子电池的不到10s，延长到了35倍。并且这种极片制作的电池在高倍率大电流(10C)放电300周后，循环容量仍能保持在初始容量的80％以上。
具体实施方式
实施例1：
将80g聚偏氟乙烯加入到900gN-甲基吡咯烷酮中并搅拌使其充分溶解，取900g钴酸锂、10g导电石墨，10g导电碳黑加入到上述溶液中，置于高速搅拌机中以2000转/分钟的速度搅拌直到混合物的粘度达到8000Pa.s。使用流延式涂布机将此浆料均匀的涂布在20μm的铝箔上，涂布厚度为90μm。在100℃的真空烘箱中烘干8小时，然后在辊压机上辊压制得厚度在50μm的正极片。
将50g聚偏氟乙烯加入到800gN-甲基吡咯烷酮中并搅拌使其充分溶解，然后将850g人工石墨、10g导电碳黑加入到上述溶液中，置于高速搅拌机中以2000转/分钟的速度搅拌直到混合物的粘度达到6000Pa.s。使用流延式涂布机将此浆料均匀的涂布在20μm的铜箔上，涂布厚度为80μm。在80℃的真空烘箱中烘干7小时，然后在辊压机上辊压制得厚度在60μm的负极片。
实施例2：
将80g聚偏氟乙烯加入到1100gN-甲基吡咯烷酮中并搅拌使其充分溶解，取900g锰酸锂、10g导电石墨，10g导电碳黑加入到上述溶液中，置于高速搅拌机中以2000转/分钟的速度搅拌直到混合物的粘度达到8000Pa.s。使用流延式涂布机将此浆料均匀的涂布在25μm的铝箔上，涂布厚度为100μm。在100℃的真空烘箱中烘干8小时，然后在辊压机上辊压制得厚度在60μm的正极片。
将50g聚偏氟乙烯加入到1000gN-甲基吡咯烷酮中并搅拌使其充分溶解，然后将930g人工石墨、20g碳纳米管加入到上述溶液中，置于高速搅拌机中以4000转/分钟的速度搅拌30min，再以2000转/分钟的速度搅拌直到混合物的粘度达到5000Pa.s。使用流延式涂布机将此浆料均匀的涂布在20μm的铜箔上，涂布厚度为80μm。在80℃的真空烘箱中烘干7小时，然后在辊压机上辊压制得厚度在60μm的负极片。

Claims (5)

1、一种高倍率锂离子电池极片，包括电极活性物质、集流体、粘合剂和导电剂，其特征在于：所述电池极片的厚度在40～100μm之间；其中正极的电极活性物质选自钴酸锂、锰酸锂中的一种或两种的混合物，负极的电极活性物质为粒径D50分布在5～11μm之间的人工石墨；所述粘合剂为聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯；所述导电剂选自导电碳黑、超导碳黑、导电石墨、乙炔黑、碳纳米管中的一种或两种或两种以上的混合物；电极活性物质、粘合剂和导电剂的重量百分比依次为85～96％、2～8％、1～10％。
2、根据权利要求1所述高倍率锂离子电池极片，其特征在于：负极集流体为厚度在12～30μm之间的铜箔，正极集流体为厚度在22～30μm之间的铝箔。
3、一种制备权利要求1所述高倍率锂离子电池极片的方法，包括如下步骤：
1)制备正极浆料
将粘合剂与溶剂加入搅拌机中使其充分溶解，再将正极的电极活性物质、导电剂加入粘合剂的溶液中以2000转/分钟的速度搅拌直至分散均匀，制成粘度为1000～8000Pa.s的正极浆料；
其中正极片的组份和重量百分比为：85～96％的正极的电极活性物质选自钴酸锂、锰酸锂中的一种或两种的混合物，2～8％的粘合剂为聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯，1～10％的导电剂选自导电碳黑、超导碳黑、导电石墨、乙炔黑、碳纳米管中的一种或两种或两种以上的混合物；
2)制备负极浆料
将粘合剂与溶剂加入搅拌机中使其充分溶解，再将负极的电极活性物质、导电剂加入粘合剂的溶液中以2000转/分钟的速度搅拌直至分散均匀，制成粘度为1000～8000Pa.s的负极浆料；
其中负极片的组份和重量百分比为：85～96％的负极的电极活性物质为粒径分布在5～11μm之间的人工石墨，2～8％的粘合剂为聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯，1～10％的导电剂选自导电碳黑、超导碳黑、导电石墨、乙炔黑、碳纳米管中的一种或两种或两种以上的混合物；
3)制备正负极片
将上述步骤中制得的正负极浆料分别均匀的涂覆在正负极集流体上，涂布厚度为70～180μm，在70～120℃的真空烘箱中烘干5～8小时后，在辊压机上辊压制得厚度在40～100μm之间的正负极片。
4、根据权利要求3所述高倍率锂离子电池极片的制备方法，其特征在于：所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮或去离子水中的一种；其在负极浆料中的重量为负极活性物质与导电剂、粘合剂重量之和的80～100％；其在正极浆料中的重量为正极活性物质与导电剂、粘合剂重量之和的90～120％。
5、根据权利要求3所述高倍率锂离子电池极片的制备方法，其特征在于：负极集流体为厚度在12～30μm之间的铜箔，正极集流体为厚度在22～30μm之间的铝箔。
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