CN103928657A - 一种高功率锂离子电池极片及其制备工艺 - Google Patents

一种高功率锂离子电池极片及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高功率锂离子电池极片及其制备工艺，该电池极片设有集流体，集体流体正反两面涂有导电基层，导电基层上再涂覆有活性物质涂层，导电基层由质量比为75~95%：7~25%的导电剂和粘结剂组成。将粘结剂与有机溶剂混合，得粘结液；导电剂后与粘结液搅拌，得浆料；将浆料用胶体磨研磨，调节粘度为300~1000mpa.s，过筛得导电浆料，将导电浆料涂覆于集流体正反两面，烘干、压实得导电基层；将活性物质涂覆于导电基层之上，烘干、压实得高功率锂离子动力电池片。本发明可提高电池片的导电率，在同等面密度条件下的电池片，电池的倍率放电性能和放电平台都比较高，40C倍率电流放电条件下能保持94%以上的容量。

Description

一种高功率锂离子电池极片及其制备工艺
技术领域
    本发明涉及锂离子电池制造技术领域，具体来说是一种高功率锂离子电池极片及其制备工艺。
背景技术
在全球面临日益严重的环境和能源问题的情况下，寻求高效率而又可再生的绿色能源，是当今社会发展和科技进步的必然趋势。当前动力电池已被世界发达国家重点发展的新型绿色电源之一。
锂离子电池具有无污染、无记忆效应、比能量高、质量轻等优点，90年代初开始广泛的应用于移动通讯和笔记本电脑中，且得到了快速发展。当前锂离子电池也开始应用于电动汽车、电动助力车、小型电动游挺等电动交通工具的动力能源，由于这些电动交通工具在启动和爬坡时，需要大电流的输出，普通的锂离子电池由于内阻较高、发热量大，只能满足3C以内的放电要求，在高功率放电时极性间产生的电压降大，难以满足动力电池高功率放电的要求。因此产生一种锂离子动力电池，锂离子动力电池除了具有普通锂离子电池的性能，还具有容量大，能在3~5C电流倍率下持续放电。但是，随着电动交通工具的不断发展，3~5C倍率放电的锂离子电池已经很难满足现有电动交通工具的要求，需要一种能够持续5~40C电流输出的高功率锂离子电池来满足上述交通工具动力能源。
公布号CN 102618097A的发明专利公开了一种锂离子电池用导电基底涂料、锂离子电池电极以及锂离子电池，该专利采用水系CMC与SBR作为导电基底层涂料的粘结剂，磷片石墨和碳黑作为导电剂，先进行干粉粉碎、分级，再加入CMC胶液中进行粉碎、分级、分散，最后加入SBR搅拌得到导电基底涂料，工艺复杂，而且需要几种不同设备加工制作，对设备要求高。
发明内容
本发明的目的是为了克服现在技术的不足，提供一种降低电池片内阻，提高电池片导电率，减少大倍率放电时电池片发热量，提高电池大电流放电性能的锂离子动力电池极片及其制备工艺。
本发明采用如下技术方案：
一种高功率锂离子电池极片，包括集流体，集流体正反面均涂有厚度为0.5~4um的导电基层，导电基层上再涂覆有活性物质涂层，所述导电基层由导电剂和粘结剂组成，导电剂与粘结剂的质量比为75~95%：7~25%，导电剂选自科琴黑、碳纳米管、导电石墨、纳米碳纤维、Super P的一种或两种以上混合物，所述粘结剂选自分子量为80~150万之间的聚偏氟乙烯。
上述一种高功率锂离子电池极片的制备工艺，包括如下步骤：（1）将粘结剂和导电剂真空烘烤60~240分钟；（2）将有机溶剂加热到40~60℃之间；（3）将步骤（1）的粘结剂和步骤（2）有机溶剂加入到搅拌机中搅拌60~180分钟，得胶液；（4）将步骤（1）的导电剂加入到步骤（3）的胶液中高速搅拌100~240分钟，得粗体浆料；（5）将步骤（4）的粗体浆料加入胶体磨中研磨30~120分钟，调节粘度，粘度范围为300~1000mpa·s；（6）真空慢速搅拌30~60分钟除气泡，过筛，得导电浆料；（7）将导电浆料涂刷在集流体的正反两面，烘干、压实，得集流体导电基层；（8）将活性物质料浆涂覆于集流体导电基层上形成活性物质涂层，烘干，得高功率锂离子电池片。
上述步骤（1）真空烘烤的真空度为-0.08~-0.1MPa，温度为80~150℃；步骤（3）搅拌机的搅拌速度为800~2000转/分钟；步骤（4）中导电剂与步骤（3）胶液的搅拌速度为1800~3000转/分钟；步骤（5）胶体磨的研磨速度为2500~4000转/分钟；步骤（7）导电浆料涂刷是采用高压喷涂或印刷的方式涂在集流体的正反两面。
上述一种高功率锂离子电池极片的制备工艺的技术方案中，活性活物质涂层的密度在100~300g/m2，活性物质料浆由以下物质按质量百分比组成：活性物质85~96%，导电剂1~6%，粘结剂2~5%。
上述活性物质分为正极活性物质和负极活性物质，正极活性物质为钴酸锂、锰酸锂、三元材料、磷酸铁锂中的一种或两种以上混合；负极活性物质为人造石墨、中间相碳微球、复合石墨中的一种或两种以上混合。
由上述对本发明的描述可知，本发明的优点在于：
1、本发明的电池片通过先在集流体上喷涂导电基层再涂覆活性物质，减小活性物质与集流体间内阻，提高电池片的导电率，在同等面密度条件下的电池片，电池的倍率放电性能和放电平台都比较高，40C倍率电流放电条件下能保持94%以上的容量。
2、本发明方法选用有机溶剂作为溶剂，使导电剂更易分散均匀，导电率更高，操作更简单。
3、本发明制造方法通过先胶体液与导电剂搅拌，再进行胶体磨研磨、高频震动、高速旋涡分散，使浆料中各组分混合更充分均匀、细腻。
4、本发明通过先压实导电基层，再涂覆活性物质的方法，可以使导电涂层与集流体之间内阻更小，电池放电倍率更高。
附图说明
图1是本发明实施例1的电池倍率放电电压曲线图；
图2是本发明实施例1的电池倍率放电百分比曲线图。
具体实施方式
实施例1
1、浆料制备
（1）导电浆料的制备
首先将30g的科琴黑与体积为科琴墨1/3的聚铵脂球球磨30~120分钟；球磨后科琴黑和8.8g粘结剂分别放入到真空烤箱中，在80~150℃下真空烘烤120分钟，真空度为：-0.09MPa；称取100g有机溶剂加热到40~60℃；将粘结剂加入到有机溶剂中，真空搅拌60~80分钟，搅拌速度为：800~2000转/分钟，得胶液；将烘烤后的30g科琴黑加入到胶液中，高速搅拌100~240分钟，搅拌速度为1800~3000转/分钟；真空慢速搅拌30~60分钟除气泡及调节粘度，粘度范围为500~1000mpa·s，过筛，得导电浆料。
（2）正极浆料制备
首先分别称取钴酸锂5000g、Super P222g、VGCF111g、粘结剂222g放入到120℃的真空烘烤箱烘烤60~180分钟；然后将粘结剂与有机溶剂真空搅拌60~120分钟；接着加入VGCF真空高速搅拌60~120分钟；再加入Super P真空高速搅拌60~120分钟；最后加入钴酸锂真空高速搅拌120~240分钟；真空慢速搅拌，调节粘度，粘度范围为5000~12000 mpa·s，过筛，得正极浆料。
（3）负极浆料制备
制备工艺基本与正极相同，不同的是所采取的原料以及粘度的调节。负极的原料为：中间相碳微球3000g、Super P97g、VGCF27g、粘结剂130g；粘度范围为：3000~7000 mpa·s。
2、制片
将导电浆料高压喷涂在集流体的正反两，经烘干后压实，压实后的导电层为0.5~2um；再将活性物质浆料涂覆在导电层上，烘干，活性物质涂层的密度为280g/m2，压实，得高功率动力电池片。
本实施例所制得的电池片的电池倍率放电电压曲线图与电池倍率放电百分比曲线图分别如图1和图2所示，其中，图1中横坐标为放电容量（mAh），纵坐标为电压（mV），分别为0.5C、1C、5C、10C、20C、30C、35C、40C放电曲线；图2中横坐标为放电倍率（C），容量百分比（%）。
实施例2
与实施例1基本相同，其主要区别在于导电剂由70%的科琴黑与30%的VGCF组成，正极料浆的组分包括钴酸锂5000g、Super P191g、VGCF81g、粘结剂191.3g，正极料浆的组分包括中间相碳微球3000g、Super P64.9g、VGCF64.9g、粘结剂113.5g。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (10)

1.一种高功率锂离子电池极片，包括集流体，其特征在于：所述集流体正反面均涂有厚度为0.5~4um的导电基层，所述导电基层上再涂覆有活性物质涂层，所述导电基层由导电剂和粘结剂组成，导电剂与粘结剂的质量比为75~95%：7~25%，导电剂选自科琴黑、碳纳米管、导电石墨、纳米碳纤维、Super P的一种或两种以上混合物，所述粘结剂选自分子量为80~150万之间的聚偏氟乙烯。
2.如权利要求1所述的一种高功率锂离子电池极片的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将粘结剂和导电剂真空烘烤60~240分钟；
（2）将有机溶剂加热到40~60℃之间；
（3）将步骤（1）的粘结剂和步骤（2）有机溶剂加入到搅拌机中搅拌60~180分钟，得胶液；
（4）将步骤（1）的导电剂加入到步骤（3）的胶液中高速搅拌100~240分钟，得粗体浆料；
（5）将步骤（4）的粗体浆料加入胶体磨中研磨30~120分钟，调节粘度，粘度范围为300~1000mpa·s；
（6）真空慢速搅拌30~60分钟除气泡，过筛，得导电浆料；
（7）将导电浆料涂刷在集流体的正反两面，烘干、压实，得集流体导电基层；
（8）将活性物质料浆涂覆于集流体导电基层上形成活性物质涂层，烘干，得高功率锂离子电池片。
3.如权利要求2所述的一种高功率锂离子电池极片的制备工艺，其特征在于：步骤（1）所述真空烘烤，真空度为-0.08~-0.1MPa，温度为80~150℃。
4.如权利要求2所述的一种高功率锂离子电池极片的制备工艺，其特征在于：步骤（3）所述搅拌机的搅拌速度为800~2000转/分钟。
5.如权利要求2所述的一种高功率锂离子电池极片的制备工艺，其特征在于：步骤（4）中导电剂与步骤（3）胶液的搅拌速度为1800~3000转/分钟。
6.如权利要求2所述的一种高功率锂离子电池极片的制备工艺，其特征在于：步骤（5）胶体磨的研磨速度为2500~4000转/分钟。
7.如权利要求2所述的一种高功率锂离子电池极片的制备工艺，其特征在于：步骤（7）所述的导电浆料涂刷，采用高压喷涂或印刷的方式涂在集流体的正反两面。
8.如权利要求2所述的一种高功率锂离子电池极片的制备工艺，其特征在于：所述活性物质料浆由以下物质按质量百分比组成：活性物质85~96%，导电剂1~6%，粘结剂2~5%。
9.如权利要求8所述的一种高功率锂离子电池极片的制备工艺，其特征在于：所述的活性物质分为正极活性物质和负极活性物质，正极活性物质为钴酸锂、锰酸锂、三元材料、磷酸铁锂中的一种或两种以上混合；负极活性物质为人造石墨、中间相碳微球、复合石墨中的一种或两种以上混合。
10.如权利要求2所述的一种高功率锂离子电池极片的制备工艺，其特征在于：步骤（8）所述的活性活物质涂层的密度在100~300g/m2。
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