CN101771148A - 锂离子电池正极极片的涂料、涂料制造方法及正极极片 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电池制造领域，提供了一种锂离子电池正极极片的涂料，包含下述重量百分比组分的固体物质：正极活性物质90％～97％，乙炔黑0.5％～2％，鳞片石墨0.5％～1.5％，科琴黑0.5％～1.5％，PVDF 1.5％～5％。采用以上技术方案后，由于增加了乙炔黑、鳞片石墨和科琴黑的应用，正极极片导电性能和柔软性得到显著的增加，有利于电池容量的发挥、延长了电池的使用寿命。

Description

锂离子电池正极极片的涂料、涂料制造方法及正极极片

技术领域

本发明属于电池制造领域，尤其涉及一种锂离子电池正极极片的涂料、涂料的制造方法以及含有所述涂料的正极极片。

背景技术

现有的锂离子电池正极极片一般是先在铝箔上涂布电极浆料，经干燥处理，再裁切铝箔后制成。在电极浆料中加入导电剂可以极大的改善正极极片的导电性能。上述导电剂的种类及用量搭配有非常多的选择，不同的种类和用量搭配所得到的导电性能存在较大差异。

目前，市场上很多电池1C循环(DOD100％)300周内阻变化达到20mΩ甚至更多，很难保证锂离子电池的长期循环性能及其一致性。出现以上内阻变化是众多因素综合的结果，其中，正极极片导电性能变差是众多因素中重要的一个。现有市场上所销售的一些锂离子电池正极极片上的涂布浆料一般使用粘结性能较差的粘结剂以及单一的导电性较差导电剂，致使正极电极上非活性物质的用量大大增加，不仅不利于正极极片导电性能的提高，而且还不利于电极能量密度和柔软度的提高以及整个电池容量发挥、循环性能和成本控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池正极极片的涂料，旨在解决现有涂料存在的导电性能不强、柔软性能不佳的问题。

本发明是这样实现的，一种锂离子电池正极极片的涂料，包含下述重量百分比的组分：

正极活性物质          90％～97％

乙炔黑                0.5％～2％

鳞片石墨              0.5％～1.5％

科琴黑                0.5％～1.5％

PVDF                  1.5％～5％。

其中，所述各组分按重量百分比为：

正极活性物质          93％

乙炔黑                1％

鳞片石墨              1％

科琴黑                1％

PVDF                  4％。

其中，所述正极活性物质为钴酸锂、镍钴锰三元材料、锰酸锂、磷酸亚铁锂中的一种或几种。

采用以上技术方案后，由于增加了乙炔黑、鳞片石墨和科琴黑的应用，正极极片导电性能和柔软性得到显著增加，有利于电池的容量的发挥、延长了电池的使用寿命，其有益效果主要有以下几点：

1、本发明提供了的涂料中含有多种导电材料，各导电材料相互配合，具有较好的柔软性和较佳的导电性能，解决了现有技术中使用单一导电材料产生的柔软性和导电性能均不足的问题。

在本发明提供的配方当中，正极活性物质是活性材料，主要作用是为正极极片提供容量；乙炔黑是小颗粒填充导电剂，用于填充活性材料的间隙；鳞片石墨呈块状，能起到导电和润滑作用；科琴黑是纤维状导电材料，能起到网状导电作用，可使活性材料的电子电导显著增加。

2、本发明中提供涂料中各组分能较好的合浆，避免了多种组分之间不能较好合浆问题的发生。

3、本发明中提供涂料的组分来源广泛，均能通过现有渠道购买。

本发明的另一发明目的是提供一种锂离子电池正极极片的涂料的制造方法，包括下述步骤：

①选取重量百分比为90％～97％的正极活性物质、0.5％～2％的乙炔黑、0.5％～1.5％的鳞片石墨、0.5％～1.5％的科琴黑、1.5％～5％的PVDF，并选取一定量的有机溶剂，所述有机溶剂按重量比计算，控制在涂料总料量的20％～50％；

②先将PVDF加入到有机溶剂中，然后使PVDF完全溶解，作为胶液备用；

③将乙炔黑、鳞片石墨、科琴黑加入步骤②制备的胶液中，搅拌胶液；

④将正极活性物质加入到步骤③胶液中，搅拌胶液，形成用于涂布于电池正极极片的涂料。

其中，所述有机溶剂为NMP。

其中，在步骤①中，将PVDF添加到有机溶剂后，搅拌2～3小时，使PVDF完全溶解在有机溶剂中。

其中，在所述步骤③中，将乙炔黑、鳞片石墨、科琴黑分两次加入胶液中，快速搅拌形成混合均匀的导电胶液。

其中，在步骤④中，将正极活性物质加入胶液中后，搅拌3～4小时，得到粘度为2000～20000cps的涂料。

其中，所述搅拌的温度控制在30～50℃。

上述锂离子电池正极极片的涂料制造方法能将乙炔黑、鳞片石墨、科琴黑、PVDF和NMP溶剂得到较好的混合，制成涂布浆料，所述涂布浆料具有较好的导电性能和柔软性。

本发明还提供了了一种锂离子电池正极极片，包括铝箔，所述铝箔表面涂覆有锂离子电池正极极片的涂料。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种锂离子电池正极极片的涂料，包含下述重量百分比的组分：

正极活性物质            90％～97％

乙炔黑                  0.5％～2％

鳞片石墨                0.5％～1.5％

科琴黑                  0.5％～1.5％

PVDF(聚偏二氟乙烯)      1.5％～5％。

上述涂料中，所述正极活性物质可以为钴酸锂、镍钴锰三元材料、锰酸锂、磷酸亚铁锂或其他正极活性物质中的一种或几种，在本实施例中，所述正极活性物质为钴酸锂，主要作用是为正极极片提供容量；乙炔黑是小颗粒填充导电剂，用于填充活性材料的间隙；鳞片石墨呈块状，能起到导电和润滑作用；科琴黑是纤维状导电材料，能起到网状导电作用，可使活性材料的电子电导显著增加。上述涂料中的组分均为普通电池制造原料，均能通过现有渠道购买。

由于上述正极极片的涂料包括多种导电材料，各导电材料通过搅拌融合于一体，具有较好的柔软性和较佳的导电性能。与现有技术中正极极片采用粘合效果较差的粘合剂以及单一的导电性能较差的导电剂相比，本发明提供的配方大幅减少非活性物质用量的同时，增加了活性物质的用量，各组分物质及用量能较好的配合，导电性能和柔软性均得到大幅提高。

此外，所述涂料中选用的各组分经过充分搅拌后能较好的合浆，避免了多种组分之间不能较好合浆、无法制作浆料的问题的发生。

在此要特别说明的是，本发明提供的涂料达到的技术效果不是各组分达到技术效果的简单叠加，而且大大优于各组分单独使用所达到技术效果。具体来说，将各涂料组分经过充分的搅拌形成涂布浆料，所述涂布浆料经干燥处理后形成的固态物质具有其独有的内部结构，其达到的技术效果不是各组分技术效果的简单叠加，而是通过其独有的结构达到具有较良好的导电性能和柔软性的技术效果；这种技术效果大大优于单一组分单独使用所得到的技术效果，具有较大的市场应用价值。

上述涂料最佳实施例是：

钴酸锂          93％

乙炔黑          1％

鳞片石墨        1％

科琴黑          1％

PVDF            4％

实践证明，所述涂料采用以上配方所制成正极极片的导电性能和柔软性均能达到最佳。

本发明还提供了一种锂离子电池正极极片的涂料的制造方法，所述制造方法采用上述电池正极极片的涂料的配方，其包括以下步骤：

①选取重量百分比为90％～97％的正极活性物质、0.5％～2％的乙炔黑、0.5％～1.5％的鳞片石墨、0.5％～1.5％的科琴黑、1.5％～5％的PVDF，并选取一定量的有机溶剂，所述有机溶剂按重量比计算，控制在涂料总料量的20％～50％；其中，所述有机溶剂为NMP；

②先将PVDF(聚偏二氟乙烯)加入到NMP(N甲基吡咯烷酮)溶剂中，搅拌2～3小时，使PVDF完全溶解于NMP有机溶中，作为胶液备用；

③将乙炔黑、鳞片石墨、科琴黑分两次加入步骤②制备的胶液中，快速搅拌形成混合均匀的导电胶液；

④将钴酸锂加入到步骤③胶液中，搅拌胶液，形成用于涂布于电池正极极片的涂料，所述涂料的粘度为2000～20000cps。

在上述各步骤中，搅拌时的温度控制在30～50℃。

本发明还提供了一种锂离子电池正极极片，包括铝箔，所述铝箔上涂覆有上述锂离子电池正极极片的涂料。

大批量的实践证明：

锂离子电池在其他部分均不变的前提下，使用本方法所制造的正极极片的涂料，能大幅改善锂离子电池正极的柔软性以及在循环过程中内阻的大幅变化，保证了锂离子电池在内阻方面的一致性。同时，锂离子电池使用本方法制造的正极极片能大大提高电池循环的容量保持率性能。实践证明：1.0C循环(DOD100％)50周循环内阻变化在2mΩ之内，容量保持率提高到98％以上，1.0C循环(DOD100％)300周循环内阻变化在8mΩ以内，容量保持率提高到85％以上。

本发明提供的锂离子电池正极极片涂料的制造方法工艺简单，易于实施，有利于节约生产成本和提高生产效率。此外，使用上述涂料的正极极片上的活性物质比例和压实密度更有利于电池容量的设计。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂离子电池正极极片的涂料，其特征在于：包含下述重量百分比的组分：

正极活性物质                    90％～97％

乙炔黑                          0.5％～2％

鳞片石墨                        0.5％～1.5％

科琴黑                          0.5％～1.5％

PVDF                            1.5％～5％。

2.如权利要求1所述的锂离子电池正极极片的涂料，其特征在于：所述各组分按重量百分比为：

正极活性物质            93％

乙炔黑                  1％

鳞片石墨                1％

科琴黑                  1％

PVDF                    4％。

3.如权利要求1或2所述的锂离子电池正极极片的涂料，其特征在于：所述正极活性物质为钴酸锂、镍钴锰三元材料、锰酸锂、磷酸亚铁锂中的一种或几种。

4.一种锂离子电池正极极片的涂料的制造方法，其特征在于，包括下述步骤：

①选取重量百分比为90％～97％的正极活性物质、0.5％～2％的乙炔黑、0.5％～1.5％的鳞片石墨、0.5％～1.5％的科琴黑、1.5％～5％的PVDF，并选取一定量的有机溶剂，所述有机溶剂按重量比计算，控制在涂料总料量的20％～50％；

②先将PVDF加入到有机溶剂中，然后使PVDF完全溶解，作为胶液备用；

③将乙炔黑、鳞片石墨、科琴黑加入步骤②制备的胶液中，搅拌胶液；

④将正极活性物质加入到步骤③胶液中，搅拌胶液，形成用于涂布于电池正极极片的涂料。

5.如权利要求4所述的锂离子电池正极极片的涂料的制造方法，其特征在于：所述有机溶剂为NMP。

6.如权利要求4所述的锂离子电池正极极片的涂料的制造方法，其特征在于：在步骤①中，将PVDF添加到有机溶剂后，搅拌2～3小时，使PVDF完全溶解在有机溶剂中。

7.如权利要求4所述的锂离子电池正极极片的涂料的制造方法，其特征在于：在所述步骤③中，将乙炔黑、鳞片石墨、科琴黑分两次加入胶液中，快速搅拌形成混合均匀的导电胶液。

8.如权利要求4所述的锂离子电池正极极片的涂料的制造方法，其特征在于：在步骤④中，将正极活性物质加入胶液中后，搅拌3～4小时，得到粘度为2000～20000cps的涂料。

9.如权利要求4至8所述任一锂离子电池正极极片的涂料的制造方法，其特征在于：所述搅拌的温度控制在30～50℃。

10.一种锂离子电池正极极片，包括铝箔，其特征在于，所述铝箔表面涂覆有所述权利要求1-3所述的涂料。