CN101207193A - 一种电极浆料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种电极浆料的制备方法,该方法包括将粘结剂、导电剂、电极活性物质和溶剂混合并搅拌均匀,其特征在于,所述导电剂以导电剂分散体的形式与粘结剂、电极活性物质和溶剂混合,所述导电剂分散体含有导电剂、导电分散介质、分散剂和稳定剂,所述分散剂选自聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、羟乙基纤维素、聚丙烯酸酯、十二烷基聚环氧乙烷酯、聚己内酯、烷基酸中的一种或几种,所述稳定剂选自聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚丙烯酸酯中的一种或几种。使用本发明提供的方法制备的电池具有电池容量高、放电平台稳定、循环好、内阻变化小的优点,同时克服现有技术制备浆料时有机溶剂用量大、成本高、对环境污染大的缺点。
Description
技术领域
本发明是关于一种电极浆料的制备方法。
背景技术
作为绿色能源的二次电池,锂离子二次电池因其具有电池电压高、能量密度高、循环寿命长、自放电低、无记忆效应、无污染环境等特点,而广泛应用于移动通讯、电动机车、航空航天以及国防军事等领域。
在锂离子二次电池作为各类电子设备的能源被广泛应用的同时。人们对电池的性能要求也越来越高,无论是具有较高容量的圆形锂离子二次电池,还是适宜各类电子产品的方形锂离子二次电池,都要求具有较高的容量,并且还要求这些电池在反复的充放电过程中具有较好的容量保持率,表现出良好的循环性能,具有较长的使用寿命。
对于提高电池容量,通常有以下两种方法:一是提高电极活性物质的比容量,二是提高电极活性物质在电极材料中的比例,即降低其它物质如粘结剂、导电剂等的含量。电极活性物质的比容量是电极活性物质本身的特性,需要通过对电极活性物质进行改进才能实现电极活性物质比容量的提高。目前常用的方法是通过降低导电剂在电极材料中的含量、同时提高电极活性物质的含量来提高电池的容量。通常情况下,导电剂的比表面越高,导电性能也越好。因此,为了在降低导电剂含量的同时保证电池所需的导电性,通常采用比表面大的导电剂制备电极材料。
目前常用的锂离子二次电池电极浆料的制备方法通过将电极活性物质、粘结剂或粘结剂溶液、导电剂以及选择性含有的其它各种添加剂直接与溶剂混合,搅拌均匀后得到所需的电极浆料。
CN 1505185A公开了一种锂离子二次电池电极浆料的制备方法,该方法包括,(1)将水和水溶性聚合物以重量比30∶37的比例混合,在搅拌机中搅拌2小时;(2)将4重量份碳黑加入上述混合物中,继续搅拌2小时;(3)将此糊状浆料在研磨机上研磨;(4)将100重量份钴酸锂加入其中,再搅拌4小时;(5)静置5-8小时,用80目筛过筛,即为可使用的正极浆料。负极浆料的制备方法与此类似。所述水溶性聚合物是由有机硅交联添加剂与改性聚氧化乙烯以重量比1∶30混合反应制得,用作粘合剂。该方法是为了采用水代替有机溶剂作为制备电极浆料的溶剂以解决电极浆料制备过程中因有机溶剂而带来的环境污染问题。由于常规的聚合物在水中的溶解性很差,不能满足电极浆料粘合剂的要求,因此该方法试图通过使用一种水溶性聚合物作为粘合剂物质,通过预先制备粘合剂的水溶液,然后再将该粘合剂水溶液与电极活性物质、导电剂混合而得到电极浆料。该方法中将导电剂碳黑加入粘结剂溶液中搅拌,一方面,碳黑的加入增加了粘合剂溶液的粘度,使得导电剂和电极活性物质很难在粘合剂溶液中分散均匀,而且还使得后续的拉浆涂布操作困难,另一方面,由于比表面大的导电剂的表面能很高,在搅拌混合过程中,这种导电剂很容易发生团聚现象,从而不能均匀稳定地分散在电极浆料和电极材料中,因此使得使用该电极浆料制备的电池具有电容量发挥差、容量衰减速度快、放电平台及循环内阻不稳定的缺点。
为了解决上述粘度过大和导电剂团聚的问题,通常采用提高有机溶剂用量的做法,然而,有机溶剂用量的增大不但增加了成本,还造成了环境的污染;而且不能对解决导电剂团聚的问题效果不明显。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术制备的电极浆料使得电池比容量发挥差、容量衰减速度快、放电平台及循环内阻不稳、有机溶剂用量大的缺点,提供一种使得到的电极浆料能使电池比容量发挥好、容量衰减速度慢、放电平台及循环内阻稳定、有机溶剂用量小的电极浆料制备方法。
本发明提供的电极浆料的制备方法包括将粘结剂、导电剂、电极活性物质和溶剂混合并搅拌均匀,其特征在于,所述导电剂以导电剂分散体的形式与粘结剂、电极活性物质和溶剂混合,所述导电剂分散体含有导电剂、导电分散介质、分散剂和稳定剂;所述分散剂选自聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、羟乙基纤维素、聚丙烯酸酯、十二烷基聚环氧乙烷酯、聚己内酯、烷基酸中的一种或几种,所述稳定剂选自聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚丙烯酸酯中的一种或几种。
通过本发明提供的方法可将比表面积为1500-2500平方米/克的导电剂均匀稳定地分散到电极浆料中使导电剂充分发挥作用,同时降低浆料粘度,提高稳定性、降低溶剂用量,使电池具有比容量发挥好、容量衰减速度慢、放电平台及循环内阻稳定等优异性能。
具体实施方式
根据本发明提供的电极浆料制备方法,导电剂以导电剂分散体的形式与粘结剂、电极活性物质和溶剂混合,所述导电剂分散体含有导电剂、导电分散介质、分散剂和稳定剂,导电剂分散体中,导电剂、导电分散介质、分散剂和稳定剂的含量可以在很大范围内变动,优选情况下,以100重量份导电剂为基准,导电分散介质的含量为3-1900重量份,分散剂的含量为1-50重量份,稳定剂的含量为1-50重量份,进一步优选为,以100重量份导电剂为基准,导电分散介质的含量为500-1000重量份,分散剂的含量为1-30重量份,稳定剂的含量为1-20重量份。
电极浆料中,以活性物质的总量为基准,粘结剂的含量为0.5-5重量%,导电剂的含量为0.2-10重量%,分散剂的含量为0.01-5重量%,稳定剂的含量为重量0.01-5%,溶剂的总含量为25-150重量%。
所述导电剂可以是电极浆料中常用的各种导电剂,如乙炔黑、炭黑、活性碳、碳纤维、碳纳米管中的一种或几种。根据本发明的方法,即使使用比表面较大的上述导电剂,在制备电极浆料过程中也不会发生导电剂团聚的现象,因此,为了进一步提高导电剂的导电性,使电极活性物质的性能充分发挥,本发明优选所述导电剂为比表面为1500-2500平方米/克的上述各种导电剂。
所述分散剂可以为常规的各种能够起到将小粒径颗粒分散作用的物质,例如,可以为聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、羟乙基纤维素、聚丙烯酸酯、十二烷基聚环氧乙烷酯、聚己内酯、烷基酸中的一种或几种,为了使比表面积大的导电剂均匀地分散到电极浆料中使导电剂充分发挥作用,优选聚合度为2-200的聚乙烯吡咯烷酮(PVP),进一步优选聚合度为50-150的的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。
分散剂即可提高导电剂的分散性,以100重量份导电剂为基准,分散剂的含量为1-50重量份,优选为10-30重量份。在上述含量范围内即可使导电剂均匀分散。虽然更大含量的分散剂也可以起到分散导电剂的作用,但分散剂含量的增大无疑会增加生产成本,而且对导电剂的分散作用提高并不非常明显。因此,综合分散效果和生产成本考虑,本发明优选所述分散剂以上述含量存在于导电剂分散体中。
所述稳定剂可以选自聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚丙烯酸酯中的一种或几种,为了使比表面积大的导电剂均匀稳定地分散到电极浆料中使导电剂充分发挥作用,优选聚合度为200-50000的聚乙烯吡咯烷酮(PVP),进一步优选聚合度为5000-20000的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。
稳定剂的存在可以防止导电剂分散体中的导电剂再次团聚。以100重量份导电剂为基准,稳定剂的含量可以为1-50重量份,优选为10-20重量份。在此范围内既可获得使导电剂分散体稳定存在的作用,又可有效避免因稳定剂带来的导电剂分散体以及电极浆料粘度过大的问题。
所述的导电剂分散介质为能够与形成电极浆料的溶剂互溶的溶剂,混合后能够得到均匀的电极浆料即可。例如,水、N-甲基-2-吡咯烷酮、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯中的一种或几种,由于水和N-甲基-2-吡咯烷酮的沸点高、极性强、粘度低、溶解能力强、无腐蚀、毒性小或者无毒性、挥发度低、化学稳定性、热稳定性优良,因此优选水和/或N-甲基-2-吡咯烷酮。以100重量份导电剂为基准,所述导电剂分散介质的含量可以为3-1900重量份,优选为100-1000重量份。
可以采用各种方式制备均匀的导电剂分散体。例如,可以通过将分散剂、稳定剂、导电剂和导电分散剂混合均匀得到。可以通过搅拌和/或超声分散的方式使分散剂、稳定剂、导电剂和导电分散剂混合均匀。所述搅拌可以是常规的机械搅拌、磁力搅拌或用剪切分散乳化机搅拌。所述分散剂、稳定剂、导电剂和导电分散剂的混合顺序没有特别的限定,可以是先将分散剂、稳定剂与导电分散剂混合,然后再与导电剂混合均匀;也可以是先将分散剂溶于导电分散剂中,加入导电剂,分散均匀后加入稳定剂,再次混合均匀。所述搅拌可以采用一级搅拌和二级搅拌,所述一级搅拌的速度100-500转/分钟,搅拌时间5-30分钟;所述二级搅拌的速度大于或等于2000转/分钟,搅拌时间10-300分钟。
采用上述方法得到的导电剂分散体中,导电剂的D50粒径可以达到2000纳米以下,例如可以达到100-2000纳米。所述D50粒径是指该导电剂的累计粒度百分数达到50%时所对应的粒径,它的物理意义是粒径大于该粒径的颗粒占50%,小于该粒径的颗粒也占50%,也称为中位径或中值粒径。本发明中导电剂的粒径的获得可以使用常规的测试方法,如使用粒度分析仪(X100激光粒度仪,美国Microtrac公司)测量。上述粒径的导电剂能够使电池的稳定性进一步提高、溶剂用量进一步降低,制备成的电池性能更加优异。
所述粘结剂可以是电池领域常用的粘结剂,例如,可以选自聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酰胺、乙烯-丙烯共聚树脂、苯乙烯丁二烯橡胶、聚丁二烯、氟橡胶、聚环氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚酯树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚乙烯醇、羟丙基纤维素中的一种或几种,优选为聚偏氟乙烯和/或聚丙烯酰胺。
所述电极活性物质可以是各种用于电池正极的各种正极活性物质和/或用于电池负极的负极活性物质。对于不同的电池,电极活性物质也可能不同,例如,当所述电池为锂离子二次电池时,所述电极的正极活性物质可以是LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2中的一种或几种,负极活性物质可以是天然石墨、人造石墨、活性炭中的一种或几种,当所述电池为镍镉二次电池时,所述电极的正极活性物质可以为Ni(OH)2,负极活性物质可以为Cd(OH)2。
除了导电剂以本发明上述导电剂分散体形式与粘结剂、电极活性物质和溶剂混合外,制备电极浆料的其它方法、步骤和条件可以为本领域常规使用的制备电极浆料的相应方法、步骤和条件。例如,可以直接将导电剂分散体、粘结剂、电极活性物质和溶剂混合均匀。由于一般情况下,粘结剂为高分子物质,在溶剂中的溶解速度较慢,因此,优选情况下,所述粘结剂以粘结剂溶液的形式与导电剂分散体、电极活性物质及溶剂混合,粘结剂溶液含有粘结剂和粘结剂溶剂,粘结剂与粘结剂溶液的重量比为1∶5-10,优选为1∶3-7。
所述粘结剂溶剂可以与上述导电剂分散介质以及形成电极浆料的溶剂相同或不同,只要彼此可以互溶即可。例如,所述粘结剂溶剂可以选自水、N-甲基-2-吡咯烷酮、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯中的一种或几种,优选为水和/或N-甲基-2-吡咯烷酮。
导电剂分散液、粘结剂溶液以及电极活性物质的混合方式可以是先将粘结剂溶液与导电剂分散液混合均匀,然后再与电极活性物质混合;也可以是将电极活性物质、导电剂分散液和粘结剂溶液同时混合;还可以是先将电极活性物质与粘结剂溶液混合,然后再与导电剂分散液混合或者先将导电剂分散液和活性物质混合,然后再与粘结剂溶液混合均匀。优选情况下,采用先将导电剂分散液和活性物质混合,然后再与粘结剂溶液混合均匀的方式混合电极活性物质、导电剂分散液以及粘结剂溶液。
本发明提供的方法可以用于各种电池浆料的制备,如锂离子二次电池正极浆料或锂离子二次电池负极浆料的制备。
采用上述方法制备电极浆料后,只需将该浆料负载到电极集流体上,烘干、压延或不压延后裁切即得电池的电极。
下面的实施例将对本发明作进一步的说明。
实施例1
本实施例用于说明本发明提供的电极浆料的制备方法。
1.取22重量份的N-甲基-2-吡咯烷酮与3重量份的聚偏氟乙烯(7200#,日本吴羽化工)混合,以250转/分的速率机械分散至完全溶解,得到粘结剂溶液;
2.取0.03重量份聚合度为72的PVP(博爱新联友化工,K17)分散剂和取0.03重量份聚合度为10000的PVP(博爱新联友化工,K90)稳定剂溶解于18重量份的N-甲基-2-吡咯烷酮(上海嘉辰化工)中,加入3重量份的乙炔黑导电剂(比表面积1800平方米/克),先以300转/分的速率进行一级搅拌,搅拌的时间为15分钟;然后再以2200转/分的速率进行二级搅拌30分钟,得到导电剂分散体,然后,加入100重量份的LiCoO2,搅拌均匀;
3.将25重量份的粘结剂溶液加入步骤2得到的混合物中,真空搅拌2小时以上成正极浆料。
对比例1
将3重量份的炭黑导电剂(比表面积1800平方米/克)加入22重量份的N-甲基-2-吡咯烷酮与3重量份的聚偏氟乙烯(7200#,日本吴羽化工)的混合溶液,以2000转/分钟的速率搅拌,边搅拌边缓慢加入18重量份的N-甲基-2-吡咯烷酮,然后再加入100重量份的正极活性物质LiCoO2,真空搅拌2.5小时即得到参比正极浆料。
实施例2
本实施例用于说明本发明提供的电极浆料的制备方法。
同实施例1,所不同的是,导电剂分散体的制备为,取0.3重量份聚合度为72的PVP(博爱新联友化工,K17)分散剂和取0.3重量份聚合度为10000的PVP(博爱新联友化工,K90)稳定剂溶解于18重量份的N-甲基-2-吡咯烷酮(上海嘉辰化工)中,加入3重量份的乙炔黑导电剂(比表面积2200平方米/克),先以300转/分的速率进行一级搅拌,搅拌的时间为15分钟;然后再以2200转/分的速率进行二级搅拌30分钟。制成正极浆料。
实施例3
本实施例用于说明本发明提供的电极浆料的制备方法。
同实施例1,所不同的是,导电剂分散体的制备为,取0.6重量份聚合度为72的PVP(博爱新联友化工,K17)分散剂和取0.6重量份聚合度为10000的PVP(博爱新联友化工,K90)稳定剂溶解于18重量份的N-甲基-2-吡咯烷酮(上海嘉辰化工)中,加入3重量份的乙炔黑导电剂(比表面积2500平方米/克),先以300转/分的速率进行一级搅拌,搅拌的时间为15分钟;然后再以2200转/分的速率进行二级搅拌30分钟。制成正极浆料。
实施例4
本实施例用于说明本发明提供的电极浆料的制备方法。
同实施例1,所不同的是,导电剂分散体的制备为,取0.9重量份聚合度为72的PVP(博爱新联友化工,K17)分散剂和取0.9重量份聚合度为10000的PVP(博爱新联友化工,K90)稳定剂溶解于18重量份的N-甲基-2-吡咯烷酮(上海嘉辰化工)中,加入3重量份的乙炔黑导电剂(比表面积1800平方米/克),先以300转/分的速率进行一级搅拌,搅拌的时间为15分钟;然后再以2200转/分的速率进行二级搅拌30分钟。制成正极浆料。
实施例5
本实施例用于说明本发明提供的电极浆料的制备方法。
同实施例1,所不同的是,导电剂分散体的制备为,取1.5重量份聚合度为72的PVP(博爱新联友化工,K17)分散剂和取1.5重量份聚合度为10000的PVP(博爱新联友化工,K90)稳定剂溶解于18重量份的N-甲基-2-吡咯烷酮(上海嘉辰化工)中,加入3重量份的乙炔黑导电剂(比表面积2000平方米/克),先以300转/分的速率进行一级搅拌,搅拌的时间为15分钟;然后再以2200转/分的速率进行二级搅拌30分钟。制成正极浆料。
实施例6-10
将上述实施例1-5制备的正极浆料,以Brookfield,DVRV II+,S-04,50转/分的条件,测其粒度(X100激光粒度仪,美国Microtrac公司)及粘度,及密闭静置于50毫升烧杯7天的沉降现象和速率,结果如表1所示。
对比例2
将上述对比例1制备的正极浆料,以实施例6-10所述的方法,测其粒度及粘度,及密闭静置于50毫升烧杯7天的沉降现象和速率,结果如表1所示。
表1
实施例编号 | 分散剂占导电剂重量比(%) | 稳定剂占导电剂重量比(%) | 粘度(厘泊) | D50(厘米) | 静置7天沉降现象 | 静置7天沉降数(厘米) |
实施例6 | 1 | 1 | 1136 | 1.563 | 界面模糊 | 2.0-3.0 |
实施例7 | 10 | 10 | 1358 | 0.348 | 无明显界面 | 0 |
实施例8 | 20 | 20 | 1550 | 0.346 | 无明显界面 | 0 |
实施例9 | 30 | 30 | 2420 | 0.365 | 无明显界面 | 0 |
实施例10 | 50 | 50 | 3533 | 0.486 | 无明显界面 | 0 |
对比例2 | 0 | 0 | 5424 | 7.162 | 界面明显 | 5.3 |
从上表1可以看出,与对比例1方法制备的浆料相比,采用本发明提供的制备方法制备的浆料,粘度降低了1901-4288厘泊,粒度降低了78.2%-95.2%,说明本发明提供方法对浆料粘度的降低和粒度的降低起到了显著的作用,并且本采用本发明提供的方法制备浆料,对浆料的稳定性有大幅度的提高。
实施例11
1.取17重量份的N-甲基-2-吡咯烷酮与3重量份的聚偏氟乙烯(7200#,日本吴羽化工,下同)混合,以250转/分的速率机械分散至完全溶解,得到粘结剂溶液;
2.取0.3重量份的聚合度为72的PVP(博爱新联友化工,K17)分散剂和0.3重量份的聚合度为10000的PVP(博爱新联友化工,K90)稳定剂溶解于13重量份的N-甲基-2-吡咯烷酮中,加入3重量份的乙炔黑导电剂(比表面积1800平方米/克),先以300转/分的速率进行一级搅拌,搅拌的时间为15分钟;然后再以2200转/分的速率进行二级搅拌30分钟。
3、将20重量份的粘结剂溶液加入步骤2得到的混合物中,真空搅拌2小时以上成正极浆料。
本实施例中溶剂N-甲基-2-吡咯烷酮的用量为30重量份。
实施例12
将实施例11所述浆料以Brookfield,DVRV II+,S-04,50转/分的条件,测其粘度,同时测量其敷料厚度结果如表2所示。
对比例3
将对比例1所述正极浆料以Brookfield,DVRV II+,S-04,50转/分的条件,测其粘度,同时测量其敷料厚度结果如表2所示。
对比例1中溶剂N-甲基-2-吡咯烷酮的用量为40重量份。
表2
实施例编号 | NMP用量 | 粘度(厘泊) | 敷料厚度(毫米) |
实施例12 | 30 | 5980 | 0.164 |
对比例3 | 40 | 6530 | 0.182 |
从上表2可以看出,采用本发明提供的方法制备的电极浆料,N-甲基-2-吡咯烷酮的用量可以减少25%,这就减少了电池制造成本和增加了对环境的友好程度。
实施例13
1.取22重量份的N-甲基-2-吡咯烷酮与3重量份的聚偏氟乙烯(7200#,日本吴羽化工,下同)混合,以250转/分的速率机械分散至完全溶解,得到粘结剂溶液;
2.取0.03重量份聚合度为100的PVP(博爱新联友化工)分散剂和取0.03重量份聚合度为10000的PVP(博爱新联友化工)稳定剂溶解于17重量份的N-甲基-2-吡咯烷酮(上海嘉辰化工)中,加入3重量份的乙炔黑导电剂(比表面积1800平方米/克),先以300转/分的速率进行一级搅拌,搅拌的时间为15分钟;然后再以2200转/分的速率进行二级搅拌30分钟,得到导电剂分散体,然后,加入100重量份的负极活性物质石墨,搅拌均匀;
3.将25重量份的粘结剂溶液加入步骤2得到的混合物中,真空搅拌2小时以上,制成负极浆料。
实施例14
1.取22重量份的N-甲基-2-吡咯烷酮与3重量份的聚偏氟乙烯(7200#,日本吴羽化工)混合,以250转/分的速率机械分散至完全溶解,得到粘结剂溶液;
2.取0.3重量份聚合度为100的PVP(博爱新联友化工)分散剂和取0.3重量份聚合度为10000的PVP(博爱新联友化工)稳定剂溶解于17重量份的N-甲基-2-吡咯烷酮(上海嘉辰化工)中,加入3重量份的乙炔黑导电剂(比表面积1800平方米/克),先以300转/分的速率进行一级搅拌,搅拌的时间为15分钟;然后再以2200转/分的速率进行二级搅拌30分钟,得到导电剂分散体,然后,加入100重量份的负极活性物质石墨,搅拌均匀;
3.将25重量份的粘结剂溶液加入2中的混合物中,真空搅拌2小时以上,制成负极浆料。
对比例4
将3重量份的碳纤维导电剂(比表面积1800平方米/克)加入12重量份的N-甲基-2-吡咯烷酮与3重量份的聚偏氟乙烯(7200#,日本吴羽化工)的混合溶液,以2000转/分钟的速率搅拌,边搅拌边缓慢加入28重量份的N-甲基-2-吡咯烷酮,然后再加入100重量份的负极活性物质石墨,真空搅拌2.5小时即得到参比负极浆料。
实施例15-20
正极的制备
将上述实施例1-5制备的正极浆料负载在厚度为0.016毫米厚的铝箔集流体上,150℃烘干后测量其厚度、压延至0.135毫米厚度后裁切成长485毫米、宽44毫米的正极片Z1、Z2、Z3、Z4、Z5;其中,正极片Z1、Z2、Z3、Z4、Z5中均含有8.0克正极活性物质LiCoO2,测量其敷料厚度。
负极的制备
分别将上述实施例11-12制备的负极浆料负载在铜箔集流体上,120℃烘干、压延后裁切成长477毫米、宽45毫米、厚200毫米的负极片F1和F2;其中,负极片F1和F2中均含有3.5克负极活性物质石墨。
电解液的制备
在以体积比为1∶1∶1混合的碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯的混合溶剂中溶解LiPF6,使LiPF6的浓度为1.0摩尔/升,制备成非水电解液。
电池的制备
分别在正极片Z1和负极片F1之间、正极片Z1和负极片F2之间、正极片Z2和负极片F1之间、正极片Z2和负极片F2之间、正极片Z3和负极片F1之间、正极片Z3和负极片F2之间、正极片Z4和负极片F1之间、正极片Z4和负极片F2之间、正极片Z5和负极片F1之间、正极片Z5和负极片F2之间插入20微米厚的微孔性聚乙烯薄膜构成的隔板,然后卷绕成螺旋状,制成卷绕结构的电极体。将电极体插入铝制的方形外壳内,将引线体焊接在盖上,将外壳和盖进行缝焊后,从注入口注入4克电解液,然后密封,45℃下放置24小时,使电极片、负极片和隔板充分地含浸电解液,化成(以50毫安电流恒流充电20小时)制得方形锂离子二次电池1-10。
对比例5
按照实施例15-20的方法制备参比正极片C1不同的是,所用浆料为对比例1制备的正极浆料,其中,参比正极片C1中含有8.0克正极活性物质LiCoO2。
按照实施例按照实施例15-20的方法制备参比负极片C2不同的是,所用浆料为对比例4所制备的负极浆料,参比负极片C2中含有3.5克负极活性物质石墨。
按照实施例15-20的方法,制备成非水电解液。
按照实施例15-20所示的方法,将正极片C1与负极片C2制备成方形锂离子二次电池11。
实施例21-30
分别以1库仑的电流对电池1-10进行连续的充放电测试,记录当电池的容量下降到其初始容量的80%时所经过的充放电循环次数、内阻变化及平台电压的变化,其中,充放电的方法为以1库仑电流将电池由3.0伏特充至4.2伏特,搁置10分钟后由4.2伏特放电至3.0伏特。以1库仑电流将电池由3.0伏特充至4.2伏特,搁置10分钟后由4.2伏特放电至3.0伏特为一次充放电循环,结果如表3所示。
对比例6
按照实施例21-30所示的方法对电池11进行性能测试,结果如表3所示。
表3
上表2中可以看出,各个电池由电极片制备成电池的方法完全相同,正负极活性物质的含量也完全一样,所不同的只是所用的电极浆料的制备方法不同,从中可看出,与以现有技术的方法制备的电极浆料制备的电极制备的电池11相比,敷料厚度降低11.46%-26.04%,循环200次后平台电压少降低91.6%-97.1%,循环200次后内阻少增加37.89%-68.42%,电池容量提高2.7%-5.6%,容量为初始容量80%时循环次数增加56.7%-78.9%,说明本发明提供的方法制备的电极浆料具有使含有该电极浆料制备的电极的锂离子二次电池的电极活性物质容量发挥好、容量衰减速度慢、循环过程中的电压降低速度慢、内阻保持稳定等优异的性能。
Claims (11)
1.一种电极浆料的制备方法,该方法包括将粘结剂、导电剂、电极活性物质和溶剂混合并搅拌均匀,其特征在于,所述导电剂以导电剂分散体的形式与粘结剂、电极活性物质和溶剂混合,所述导电剂分散体含有导电剂、导电分散介质、分散剂和稳定剂,所述分散剂选自聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、羟乙基纤维素、聚丙烯酸酯、十二烷基聚环氧乙烷酯、聚己内酯、烷基酸中的一种或几种,所述稳定剂选自聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚丙烯酸酯中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,以100重量份导电剂为基准,导电分散介质的含量为300-1900重量份,分散剂的含量为1-50重量份,稳定剂的含量为1-50重量份。
3.根据权利要求1所述的方法,其中,以100重量份导电剂为基准,导电分散介质的含量为500-1000重量份,分散剂的含量为1-30重量份,稳定剂的含量为1-20重量份。
4.根据权利要求1所述的方法,其中,以活性物质的总量为基准,粘结剂的含量为0.5-5重量%,导电剂的含量为0.2-10重量%,分散剂的含量为0.01-5重量%,稳定剂的含量为重量0.01-5%,溶剂的总含量为25-150重量%。
5.根据权利要求1所述的方法,其中,所述分散剂为聚合度为2-200的聚乙烯吡咯烷酮,所述稳定剂为聚合度为200-50000的聚乙烯吡咯烷酮。
6.根据权利要求1所述的方法,其中,所述导电剂分散体中导电剂的D50粒径为100-2000纳米。
7.根据权利要求1中任意一项所述的方法,其中,所述导电剂选自乙炔黑、炭黑、活性碳、碳纳米管中的一种或几种,所述导电分散介质选自水、N-甲基-2-吡咯烷酮、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的方法,其中,所述导电剂的比表面为1500-2500平方米/克,所述导电分散介质选自水和/或N-甲基-2-吡咯烷酮。
9.根据权利要求1所述的方法,其中,所述粘结剂以粘结剂溶液的形式与导电剂、电极活性物质及溶剂混合。
10.根据权利要求8所述的方法,其中,所述粘结剂溶液含有粘结剂和粘结剂溶剂,所述粘结剂选自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酰胺、乙烯-丙烯-二烯共聚树脂、苯乙烯丁二烯橡胶、聚丁二烯、氟橡胶、聚环氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚酯树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚乙烯醇、羟丙基纤维素中的一种或几种,所述粘结剂溶剂选自水、N-甲基-2-吡咯烷酮、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯中的一种或几种,粘结剂和粘结剂溶剂的重量比为1∶5-10。
11.根据权利要求1所述的方法,其中,所述电极活性物质为锂离子二次电池的正极活性物质或者为锂离子二次电池的负极活性物质。
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