CN103682256A - 一种钛酸锂电池负极片的涂布方法 - Google Patents

一种钛酸锂电池负极片的涂布方法 Download PDF

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李涛
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Abstract

本发明公开了一种钛酸锂电池负极片的涂布方法，钛酸锂负极浆料涂布在铜箔集流体上，而在涂布之前铜箔集流体上喷洒草酸处理液；浆料采用油性负极，即溶剂用的是N-甲基吡咯烷酮，其配比的重量百分比为：钛酸锂91%~93%，聚偏二氟乙烯3%~4%，超导炭黑2%~3%，导电石墨2%~3%，其中质量百分比之和为100%。提高浆料在基片上的粘附能力，可以减少粘结剂的使用量，从而增加活性物质的用量，提高锂离子电池的能量密度。涂布极片搭配磷酸铁锂正极做18650电池，放电曲线如图所示，电池有良好的循环性能、低温放电性能和倍率放电性能。

Description

一种钛酸锂电池负极片的涂布方法
技术领域
本发明涉及一种钛酸锂负极片的涂布方式和改进的涂布装置，尤其涉及一种钛酸锂电池负极片的涂布方法。
背景技术
1、锂离子动力电池是最近开发并迅速发展起来的新型电池，由于其高比能量、环保等特殊优势被广泛应用于电动汽车、储能系统、军用产品等多个领域。锂离子电池自20世纪90年代商业化应用以来，至今锂离子电池已占据二次电池市场规模的70%以上。
2、基于对锂离子电池的安全性能和循环性能要求，我们需要寻找替代碳材料的新型负极材料。而钛酸锂负极材料为尖晶石结构超细粉末，具有良好的循环性能和优良的充放电平台。 在Li+嵌入或脱出过程中，晶型不发生变化，体积变化小于1%，因此被称为“零应变材料”，能够避免充放电循环中由于电极材料的来回伸缩而导致结构的破坏，从而提高电极的循环性能和使用寿命。与炭负极材料相比，钛酸锂具有高的锂离子扩散系数(为2 *10-8cm2/s)，从而使得该负极材料可以快速充放电，而且电解液不致发生分解，提高锂电池安全性能。钛酸锂的电势比纯金属锂的高，不易产生锂晶枝，为保障锂电池的安全提供了基础。因此，钛酸锂材料拥有其他锂离子电池负极材料不具有的优势，具有非常好的市场前景和实用价值。
3、 但钛酸锂材料比重较小，粒度较细，合浆分散困难，而且涂布时不易粘结，尤其是油性负极在铜箔表面的粘结性能不好，没有合适的涂布方式会造成极片掉粉、能量密度低、内阻大等问题，严重影响钛酸锂电池的各项性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种钛酸锂电池负极片的涂布方法，提高浆料在基片上的粘附能力，可以减少粘结剂的使用量，从而增加活性物质的用量，提高锂离子电池的能量密度，电池有良好的循环性能、低温放电性能和倍率放电性能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种钛酸锂电池负极片的涂布方法，其特征是：钛酸锂负极浆料涂布在铜箔集流体上，而在涂布之前铜箔集流体上喷洒草酸处理液；浆料采用油性负极，即溶剂用的是N-甲基吡咯烷酮，其配比的重量百分比为：钛酸锂91%~93%，聚偏二氟乙烯3%~4%，超导炭黑2%~3%，导电石墨2%~3%，其中质量百分比之和为100%。
根据所述的一种钛酸锂电池负极片的涂布方法，其特征在于：所述涂布方法的涂布控制面密度为170g/m2~200g/m2。
根据所述的一种钛酸锂电池负极片的涂布方法，其特征在于：所述涂布方法采用的是刮刀式涂布机，连续双面涂布。
根据所述的一种钛酸锂电池负极片的涂布方法，其特征在于：所述涂布之前铜箔集流体上喷洒草酸处理液的装置为小型自动喷枪，小型自动喷枪安装在涂布机的机头位置。
本发明的优点效果在于：由此可以看出该涂布工艺可以改善以钛酸锂为主要活性材料的电极浆料在铜箔基体上的涂布效果，从而提高浆料在基片上的粘附能力，可以减少粘结剂的使用量，从而增加活性物质的用量，提高锂离子电池的能量密度。涂布极片搭配磷酸铁锂正极做18650电池，放电曲线如图2所示，电池有良好的循环性能、低温放电性能和倍率放电性能。
附图说明
图1为刮刀式涂布机的结构示意图。
图2为使用本发明方法的电池放电曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：
本发明如图1所示，一种钛酸锂电池负极片的涂布方法，其特征是：钛酸锂负极浆料涂布在铜箔集流体上，而在涂布之前铜箔集流体上喷洒草酸处理液；浆料采用油性负极，即溶剂用的是N-甲基吡咯烷酮，其配比的重量百分比为：钛酸锂91%~93%，聚偏二氟乙烯3%~4%，超导炭黑2%~3%，导电石墨2%~3%。根据所述的一种钛酸锂电池负极片的涂布方法，其特征在于：所述涂布方法的涂布控制面密度为170g/m2~200g/m2。根据所述的一种钛酸锂电池负极片的涂布方法，其特征在于：所述涂布方法采用的是刮刀式涂布机，连续双面涂布。根据所述的一种钛酸锂电池负极片的涂布方法，其特征在于：所述涂布之前铜箔集流体上喷洒草酸处理液的装置为小型自动喷枪，小型自动喷枪安装在涂布机机头位置。
本发明的使用原理如下所述，锂离子电池负极，其负极材料由钛酸锂91~93%、粘合剂3~4%、导电剂2~6% 组成，本发明使用N-甲基吡咯烷酮为浆料溶剂，占浆料重量为55%，负极材料涂覆于集流体铜箔上，其中，百分数均为质量百分数。铜箔厚度为9~20μm。粘合剂为油性粘合剂PVDF，Solef 5130、HSV900、阿科玛 761A等中的一种，优选的粘合剂是Solef 5130。优选的，超导炭黑为SP、导电石墨为ks-15。将上述的负极材料溶于溶剂，经过高速搅拌后配制成负极浆料。在涂布之前需要在铜箔表面均匀喷洒一层草酸，所用的设备是在涂布机机头位置加一个小型自动喷枪。此种自动喷枪是一种压力喷枪，能自动均匀的通过喷头喷出雾状草酸液体，而且能调节喷洒范围和流量。调整好喷枪位置和压力，使草酸均匀的洒在铜箔的上表面。喷洒的草酸处理液可以轻微腐蚀处理铜箔基体，还可以除去基体上的灰尘、油污，使基体在涂覆浆料前保持湿润状态，从而改善以钛酸锂为主要活性材料的油性电极浆料在涂覆基体上的粘结效果。负极浆料均匀连续的地涂在集流体铜箔上，涂布面密度为170g/m2~200g/m2。
负极材料包括：91~94%的钛酸锂、2~5%的PVDF、2%的SP和2%的ks-15。按照配料工艺依次在双行星搅拌机里面加入NMP、PVDF、SP和ks-15、钛酸锂，将浆料搅拌均匀，放置准备涂布。集流体选择9μm 铜箔，如图1所示，在刮刀式涂布机机头位置加上一个小型自动喷枪，将草酸连续均匀的喷在将要进行涂布的集流体上，调整喷枪流量，保证喷洒上的草酸处理液均匀适量，不能过多的草酸液体流下。设置涂布面密度为200g/m2。
1) 实施例1
选用浆料比例91%的钛酸锂和5%的PVDF，将合浆合格的钛酸锂浆料进行涂布，涂布基体采用铜箔，铜箔不经过喷涂草酸，涂布面密度为200g/m2。经检测，涂布效果良好，极片无掉粉现象。
2）实施例2 
选用浆料比例93%的钛酸锂和3%的PVDF，将合浆合格的钛酸锂浆料进行涂布，涂布基体采用铜箔，铜箔不经过涂喷涂草酸，涂布面密度为200g/m2。经检测，涂布效果一般，极片轻微掉粉。
3）实施例3
选用浆料比例93%的钛酸锂和3%的PVDF，将合浆合格的钛酸锂浆料进行涂布，涂布基体采用铜箔，使用如图1所示装置，铜箔涂布前喷涂草酸，浆料涂布面密度为200g/m2。经检测，涂布效果良好，极片无掉粉现象。
4）实施例4
选用浆料比例为94%的钛酸锂和2%的PVDF。将合浆合格的钛酸锂浆料进行涂布，涂布基体采用铜箔，使用如图1所示装置，铜箔涂布前喷涂草酸，浆料涂布面密度为200g/m2。经检测，涂布效果一般，极片有轻微掉粉现象。
经过对比实验可以看出铜箔表面经过喷涂草酸的极片在活性物质含量93%时涂布出的极片粘结效果良好，而达到同样的效果没有经过喷洒草酸试剂的浆料配比活性物质含量只有91%。由此可以看出该涂布工艺可以改善以钛酸锂为主要活性材料的电极浆料在铜箔基体上的涂布效果，从而提高浆料在基片上的粘附能力，可以减少粘结剂的使用量，从而增加活性物质的用量，提高锂离子电池的能量密度。涂布极片搭配磷酸铁锂正极做18650电池，放电曲线如图2所示，电池有良好的循环性能、低温放电性能和倍率放电性能。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和保护范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种钛酸锂电池负极片的涂布方法，其特征是：钛酸锂负极浆料涂布在铜箔集流体上，而在涂布之前铜箔集流体上喷洒草酸处理液；浆料采用油性负极，即溶剂用的是N-甲基吡咯烷酮，其配比的重量百分比为：钛酸锂91%~93%，聚偏二氟乙烯3%~4%，超导炭黑2%~3%，导电石墨2%~3%，其中质量百分比之和为100%。
2.根据权利要求1所述的一种钛酸锂电池负极片的涂布方法，其特征在于：所述涂布方法的涂布控制面密度为170g/m2~200g/m2。
3.根据权利要求1所述的一种钛酸锂电池负极片的涂布方法，其特征在于：所述涂布方法采用的是刮刀式涂布机，连续双面涂布。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种钛酸锂电池负极片的涂布方法，其特征在于：所述涂布之前铜箔集流体上喷洒草酸处理液的装置为小型自动喷枪，小型自动喷枪安装在涂布机的机头位置。
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