CN103606703A - 一种电流密度均匀且稳定的锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电流密度均匀且稳定的锂离子电池，包括正极片、负极片及置于正、负极片之间的隔膜与电解液，正极包括正极流体、磷酸铁锂颗粒、导电剂以及正极粘结剂，负极包括负极活性物质、负极粘结剂、防腐剂、增稠剂和去离子水。在本发明中提高极片的导电性能，降低电池阻抗，单位面积极片的导电率提高，且提高锂离子电池负极浆料较长时间放置时的稳定性。

Description

一种电流密度均匀且稳定的锂离子电池
技术领域
本发明涉及电池，具体涉及一种电流密度均匀且稳定的锂离子电池。
背景技术
随着电子仪器小型化、轻量化的迅猛发展，人们对电子仪器所使用的化学电源要求越来越高。与其它传统二次电池相比，锂离子电池具有电压高、能量密度高、循环寿命长、自放电低、无记忆效应等优点，因此得到了迅猛发展和广泛应用。
在锂离子电池中，正极材料的选择和质量对锂离子电池有很重要的影响。目前常用的正极材料主有氧化钴锂(LiCoO2)、氧化锰锂(LiMn2O4)、氧化镍锂(LiNiO2)、镍钴锰多元锂化物及磷酸铁锂(LiFePO4)，其中LiFePO4因其具有价格低廉、环保、循环性能优良、材料稳定性好等特点而逐渐被应用于电动汽车、航天、储能等领域。当前锂电行业因粘结剂分散不均匀导致极片阻抗分布不均，从而造成各处电流密度不一的状况，对于锂离子电池通过增加粘结剂用量可满足磷酸铁锂粉体材料与集电极之间的粘结紧密性，但是活性材料的量相对要减少，从而导致磷酸铁锂锂离子电池的能量密度降低。而对于锂离子电池的负极，却存在负极浆料长时间存放稳定性变差，发生沉降、结块的现象，从而使电池的性能一致性变差，影响产品质量。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供了一种电流密度均匀且稳定的锂离子电池，具有电流密度均匀，阻抗低，电池稳定性好的优点。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种电流密度均匀且稳定的锂离子电池，包括正极片、负极片及置于正、负极片之间的隔膜与电解液，所述正极包括正极流体、磷酸铁锂颗粒、导电剂以及正极粘结剂，所述负极包括负极活性物质、负极粘结剂、防腐剂、增稠剂和去离子水。
所述正极集流体为表面造孔率为10～70％，造孔的孔径为0.1～1μm，厚度为20～120μm的铝箔，所述磷酸铁锂颗粒的尺寸范围为50～500nm，所述粘接剂为有机导电高分子粘结剂与不导电高分子粘结剂的混合物。
所述有机导电高分子粘结剂为掺杂型聚吡咯、聚噻吩、及含极性基团的芳香环的导电聚合物中一种或多种混合，含量占整个混合物总量的10～20％，所述非导电高分子粘结剂为聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯的一种或多种混合，所述极性基团包括磺酸基、酰胺基、羰基、磺酰亚胺基，一种或多种混合，含量占整个混合物总量的80～90％。
所述正极的制作包括以下步骤：
A、对光铝箔进行去油除污处理、进行化学或电化学腐蚀造孔、清洗及稳定化处理制备正极集流体；
B、将纳米至微纳米级磷酸铁锂颗粒、导电剂、以及有机导电高分子粘结剂和非导电高分子粘结剂的混合物混合，制备正极浆料；
C、将所述正极浆料涂覆在所述正极集流体上并烘干，以形成电极片半成品,再将电极片半成品辊压至规定厚度、并裁切至规定尺寸，以制成磷酸铁锂锂电池用正极片成品。
以去离子水的总质量计，所述负极活性物质的质量分数为80～180wt％，所述粘结剂的质量分数为2～6wt％，所述增稠剂为纤维素醚，其质量分数为1～3wt％，所述防腐剂占其质量分数为0.01～10wt％。
所述负极活性物质包括石墨。
所述防腐剂为自苯酚、三氯异氰脲酸、甲醛中的一种或多种混合。
本发明的有益效果：在本发明中利用导电高分子作为粘结剂，因粘结剂本身具有一定的导电性能，在一定程度上改善当前锂电行业因粘结剂分散不均匀导致极片阻抗分布不均，从而造成各处电流密度不一的状况。以导电高分子粘结剂取代部分常规不导电的粘结剂，能有效的提高极片的导电性能，降低电池阻抗，单位面积极片的导电率提高，本发明提供的防腐剂，可以显著提高锂离子电池负极浆料较长时间放置时的稳定性，不发生沉降、结块，并且，使用该负极浆料制成的锂离子电池的常温循环性能和高温循环性能有一定提高。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行详细地说明。
对于正极按照以下步骤制备：
第一步、由于集流体的铝箔在生产过程中表面可能存在油污或防粘剂，所以需要对铝箔进行两次碱洗：先用5％MOH溶液清洗箔面，进行脱脂除膜，以活化铝箔表面，利于后续腐蚀；再用20％的Na3PO4及磷酸酯盐、草酸溶液进行二次清洗除去表面残留碱。然后通过化学腐蚀方法用酸进行浸蚀，优选地，所述腐蚀铝箔的厚度为20～120μm，表面造孔率为10～70％，造孔的孔径为0.1～1μm，铝箔腐蚀后，比表面积大大提高，从而增加了与正极浆料的接触面积，使浆料与箔的结合力增强，先用0.1～0.5N硫酸或硝酸清洗处理后，再用磷酸二氢铵溶液浸泡，可增强腐蚀孔的耐水性，使其更稳定，洗去多余的金属离子及蚀孔中的残留的脏物和余酸。
第二步、按浆料固含量为40～60％称取一定量的N-甲基吡咯烷酮溶剂，并预留溶剂总量的5％用于调节最终浆料的黏度。将按一定比例称取的聚偏二氟乙烯与导电聚合物的混合高分子材料加入到上述溶剂中，搅拌1～1.5h，至混合物完全溶解，再加入导电剂搅拌1h后，将烘烤后的纳米亚微米级磷酸铁锂粉末加入到上述导电浆料中，在4000～8500r/min的高速搅拌下，搅拌5～10h，抽真空保存浆料，纳米亚微米级磷酸铁锂粉末颗粒的尺寸范围为50～500nm，保证电池在大电流工作状态下，电流密度的一致性与均匀性。
第三步、间歇或连续的方式将浆料以涂敷在处理后的铝箔上，涂敷速度控制在以将极片彻底烘干的最短停留时间为准，以形成电极片半成品,再将电极片半成品辊压至规定厚度、并裁切至规定尺寸，以制成磷酸铁锂锂电池用正极片成品。
对于负极，5000克人造石墨、90克重均分子量40万的纤维素醚、90克SBR、4500克去离子水、50克苯酚混合搅拌均匀，得到负极浆料。将上步得到的负极浆料用拉浆机涂敷在厚度9μm的铜箔上，85℃烘干，压片，然后分切成所需的负极片。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种电流密度均匀且稳定的锂离子电池，包括正极片、负极片及置于正、负极片之间的隔膜与电解液，其特征在于：所述正极包括正极流体、磷酸铁锂颗粒、导电剂以及正极粘结剂，所述负极包括负极活性物质、负极粘结剂、防腐剂、增稠剂和去离子水。
2.根据权利要求1所述的一种电流密度均匀且稳定的锂离子电池，其特征在于：所述正极集流体为表面造孔率为10～70％，造孔的孔径为0.1～1μm，厚度为20～120μm的铝箔，所述磷酸铁锂颗粒的尺寸范围为50～500nm，所述粘接剂为有机导电高分子粘结剂与不导电高分子粘结剂的混合物。
3.根据权利要求2所述的一种电流密度均匀且稳定的锂离子电池，其特征在于：所述有机导电高分子粘结剂为掺杂型聚吡咯、聚噻吩、及含极性基团的芳香环的导电聚合物中一种或多种混合，含量占整个混合物总量的10～20％，所述非导电高分子粘结剂为聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯的一种或多种混合，所述极性基团包括磺酸基、酰胺基、羰基、磺酰亚胺基，一种或多种混合，含量占整个混合物总量的80～90％。
4.根据权利要求3所述的一种电流密度均匀且稳定的锂离子电池，其特征在于，所述正极的制作包括以下步骤：
A、对光铝箔进行去油除污处理、进行化学或电化学腐蚀造孔、清洗及稳定化处理制备正极集流体；
B、将纳米至微纳米级磷酸铁锂颗粒、导电剂、以及有机导电高分子粘结剂和非导电高分子粘结剂的混合物混合，制备正极浆料；
C、将所述正极浆料涂覆在所述正极集流体上并烘干，以形成电极片半成品,再将电极片半成品辊压至规定厚度、并裁切至规定尺寸，以制成磷酸铁锂锂电池用正极片成品。
5.根据权利要求1所述的一种电流密度均匀且稳定的锂离子电池，其特征在于：以去离子水的总质量计，所述负极活性物质的质量分数为80～180wt％，所述粘结剂的质量分数为2～6wt％，所述增稠剂为纤维素醚，其质量分数为1～3wt％，所述防腐剂占其质量分数为0.01～10wt％。
6.根据权利要求5所述的一种电流密度均匀且稳定的锂离子电池，其特征在于：所述负极活性物质包括石墨。
7.根据权利要求6所述的一种电流密度均匀且稳定的锂离子电池，其特征在于：所述防腐剂为自苯酚、三氯异氰脲酸、甲醛中的一种或多种混合。
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