CN104577117A - 一种低内阻锂离子电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低内阻锂离子电池及其制备方法，其制备方法为：在正负极浆料中加入一定质量百分比的银纳米线溶液。其特征在于：在锂离子电池的正/负极浆料制备过程中，通过加入不同粒径的银纳米线溶液，使得制备的锂离子电池正/负极浆料不仅可以拥有更好的粘附性和润滑性，同时又可以解决正负极浆料在涂布过程中的掉粉问题。另外，该银纳米线溶液与浆料具有良好的相容性，并且由于银纳米线本身具有的良好的导电性能和一定的长度，能够更好的和磷酸铁锂混合，提高锂离子电池的导电性、降低锂离子电池的内阻，承受更大倍率的电流放电，有效的提高锂离子电池的容量。

Description

一种低内阻锂离子电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种低内阻锂离子电池及其制备方法 。
背景技术
由于锂离子电池具有能量密度高、无记忆效应、循环寿命长、绿色环保等优异性能而得到迅猛发展，并广泛应用于多个领域。随着动力电源和二次储能电池的发展，对锂离子电池的倍率性能和容量有了更高的期望。
但是由于磷酸铁锂材料本身的特性，导电性差、锂离子扩散速度慢、内阻高，导致高倍率充放电时，实际比容量低，对电池性能、寿命等造成严重影响，严重制约了磷酸铁锂材料的发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种低内阻锂离子电池及其制备方法  ，通过在正负极浆料中添加银纳米线溶液，既可以增加正负极浆料与集流体的粘结性，解决在涂布过程中的极片掉粉的问题；又可达到提高锂离子电池导电性，降低锂离子电池的内阻，提高其放电倍率，增加锂离子电池的容量的效果。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种低内阻锂离子电池，包括：锂离子电池的正极浆料和负极浆料，其特征是：在锂离子电池的正/负极浆料中按质量百分比添加不同粒径的银纳米线溶液，银纳米线的长度为：50nm～1000nm，直径为:20～100nm；正/负极浆料中加入的银纳米线溶液的质量百分比为0.5%～4.0%；
正极浆料中各物质的质量百分比为：磷酸铁锂：85%～95%；粘结剂：2%～5%；导电剂：0.8%～3.5%，银纳米线溶液：0.5%～4.0%，固含量为55%～80%；正极所用的溶剂为N-甲基吡咯烷酮NMP，导电剂为导电石墨和导电炭黑中的一种或多种，粘结剂为聚氟乙烯PVDF；
负极浆料中各物质的质量百分比为；石墨：87%～97%，增稠剂：0.5～2.5%，粘结剂：1.5%～4.0%，导电剂：0.5%～3.0%，银纳米线溶液：0.5%～4.0%，固含量：35%～50%；负极所用溶剂为去离子水H2O，增稠剂为羧甲基纤维素钠CMC，粘结剂为丁苯橡胶SBR、导电剂为导电炭黑Super-P或导电炭黑中一种或多种。
一种低内阻锂离子电池，其特征是：所述正极浆料中各物质的质量百分比为：磷酸铁锂：粘结剂PVDF-5130: 导电剂KS-15：银纳米线溶液=93：3.5：2.5：1.0，固含量为68%；其中负极浆料中各物质的质量百分比为：石墨：增稠剂CMC：导电剂Super-P：银纳米线溶液：粘结剂SBR=95：0.8：0.8：1.4：2.0，固含量为45%。
正极浆料的制备方法为：先将粘结剂PVDF-5130均匀溶解于有机溶剂N-甲基吡咯烷酮NMP中，然后往胶溶液加入不同粒径的银纳米线溶液；随后在其混合溶液中加入导电剂KS-15和磷酸铁锂粉末，分多次逐步添加，均匀搅拌，调整固含量，即得到磷酸铁锂正极浆料；负极浆料的制备方法为：先将增稠剂CMC均匀溶解于溶剂去离子水H2O中，然后往其溶液加入一定质量百分比的不同粒径的银纳米线溶液，随后在其混合溶液中加入导电剂Super-P和石墨，搅拌均匀，最后加入粘结剂SBR，均匀搅拌，调整固含量，得到锂离子电池的负极浆料。
正极浆料的制备：先将聚氟乙烯PVDF-5130溶解于N-甲基吡咯烷酮NMP中，搅拌均匀。然后往胶溶液加入银纳米线溶液；随后在其混合溶液中加入导电石墨KS-15和磷酸铁锂粉末，磷酸铁锂分三次逐步添加，搅拌均匀，调整固含量，得到锂离子电池的正极浆料。其中正极浆料中各物质的质量百分比为：磷酸铁锂：PVDF-5130: KS-15：银纳米线溶液=93：3.5：1.0：2.5。固含量为68%；
负极浆料的制备：先将增稠剂羧甲基纤维素钠CMC均匀溶解于去离子水(H2O)中，然后往溶液中添加银纳米线溶液。随后在其混合物中加入导电炭黑Super-P和石墨，搅拌均匀，最后加入粘结剂丁苯橡胶SBR，搅拌均匀，调整固含量，得到锂离子电池的负极浆料。其中负极浆料中各物质的质量百分比为：石墨：CMC： Super-P：银纳米线溶液：SBR=95：0.8：1.0：1.2：2.0，固含量为45%。
所述的银纳米线溶液是在聚乙烯吡咯烷酮PVP溶液中，通过乙二醇还原硝酸银制备得到。
所述银纳米线溶液的制备方法是：首先将2*10-5g硝酸银加入到0.6M的乙二醇中，然后在搅拌的过程中一次性加入0.6mL新制备的0.01M硼氢化钠溶液，剧烈搅拌2min，还原产生的银纳米粒子作为种子；将制备得到的银种子加入到3mL 0.6M的聚乙烯吡咯烷酮溶液中记为（1）， 3mL 0.1M的硝酸银的乙二醇溶液记为（2），采用双通道注射泵将上述（1）和（2）溶液缓慢地加到5毫升乙二醇溶液中，然后在160℃下加热回流60min，制备得到银纳米线溶液。
本发明在通过添加导电剂改善磷酸铁锂导电性的基础上，在正负极浆料中添加银纳米线溶液，由于银纳米线本身具有的良好的导电性和一定的长径比，可以很好的与磷酸铁锂混合，提高锂离子电池的导电性、提高锂离子的扩散速度，降低锂离子电池的内阻，承受更大倍率的电流放电。
具体实施方式
一种低内阻锂离子电池，包括：锂离子电池的正/负极浆料，其特征是：在锂离子电池的正/负极浆料中按质量百分比添加不同粒径的银纳米线溶液，银纳米线的长度为：50nm～1000nm，直径为:20～100nm；正/负极浆料中加入的银纳米线溶液的质量百分比为0.5%～4.0%；
正极浆料中各物质的质量百分比为：磷酸铁锂：85%～95%；粘结剂：2%～5%；导电剂：0.8%～3.5%，银纳米线溶液：0.5%～4.0%，固含量为55%～80%；正极所用的溶剂为N-甲基吡咯烷酮NMP，导电剂为导电石墨和导电炭黑中的一种或多种，粘结剂为聚氟乙烯PVDF；
负极浆料中各物质的质量百分比为；石墨：87%～97%，增稠剂：0.5～2.5%，粘结剂：1.5%～4.0%，导电剂：0.5%～3.0%，银纳米线溶液：0.5%～4.0%，固含量：35%～50%；负极所用溶剂为去离子水H2O，增稠剂为羧甲基纤维素钠CMC，粘结剂为丁苯橡胶SBR、导电剂为导电炭黑Super-P或导电炭黑中一种或多种。
所述正极浆料中各物质的质量百分比为：磷酸铁锂：粘结剂PVDF-5130: 导电剂KS-15：银纳米线溶液=93：3.5：2.5：1.0，固含量为68%；其中负极浆料中各物质的质量百分比为：石墨：增稠剂CMC：导电剂Super-P：银纳米线溶液：粘结剂SBR=95：0.8：0.8：1.4：2.0，固含量为45%。
3.一种制备低内阻锂离子电池的方法，正极浆料的制备方法为：先将粘结剂PVDF-5130均匀溶解于有机溶剂N-甲基吡咯烷酮NMP中，然后往胶溶液加入不同粒径的银纳米线溶液；随后在其混合溶液中加入导电剂KS-15和磷酸铁锂粉末，分多次逐步添加，均匀搅拌，调整固含量，即得到磷酸铁锂正极浆料；负极浆料的制备方法为：先将增稠剂CMC均匀溶解于溶剂去离子水H2O中，然后往其溶液加入一定质量百分比的不同粒径的银纳米线溶液，随后在其混合溶液中加入导电剂Super-P和石墨，搅拌均匀，最后加入粘结剂SBR，均匀搅拌，调整固含量，得到锂离子电池的负极浆料。
正极浆料的制备：先将聚氟乙烯PVDF-5130溶解于N-甲基吡咯烷酮NMP中，搅拌均匀。然后往胶溶液加入银纳米线溶液；随后在其混合溶液中加入导电石墨KS-15和磷酸铁锂粉末，磷酸铁锂分三次逐步添加，搅拌均匀，调整固含量，得到锂离子电池的正极浆料。其中正极浆料中各物质的质量百分比为：磷酸铁锂：PVDF-5130: KS-15：银纳米线溶液=93：3.5：1.0：2.5。固含量为68%；
负极浆料的制备：先将增稠剂羧甲基纤维素钠CMC均匀溶解于去离子水(H2O)中，然后往溶液中添加银纳米线溶液。随后在其混合物中加入导电炭黑Super-P和石墨，搅拌均匀，最后加入粘结剂丁苯橡胶SBR，搅拌均匀，调整固含量，得到锂离子电池的负极浆料。其中负极浆料中各物质的质量百分比为：石墨：CMC： Super-P：银纳米线溶液：SBR=95：0.8：1.0：1.2：2.0，固含量为45%。
所述的银纳米线溶液是在聚乙烯吡咯烷酮PVP溶液中，通过乙二醇还原硝酸银制备得到。
所述银纳米线溶液的制备方法是：首先将2*10-5g硝酸银加入到0.6M的乙二醇中，然后在搅拌的过程中一次性加入0.6mL新制备的0.01M硼氢化钠溶液，剧烈搅拌2min，还原产生的银纳米粒子作为种子；将制备得到的银种子加入到3mL 0.6M的聚乙烯吡咯烷酮溶液中记为（1）， 3mL 0.1M的硝酸银的乙二醇溶液记为（2），采用双通道注射泵将上述（1）和（2）溶液缓慢地加到5毫升乙二醇溶液中，然后在160℃下加热回流60min，制备得到银纳米线溶液。
实施例
银纳米线溶液的制备
首先将2*10-5g硝酸银加入到0.6M的乙二醇中，然后在搅拌的过程中一次性加入0.6mL新制备的0.01M硼氢化钠溶液，剧烈搅拌2min，还原产生的银纳米粒子作为种子。
将制备得到的银种子加入到3mL 0.6M的聚乙烯吡咯烷酮溶液中记为（一）， 3mL 0.1M的硝酸银的乙二醇溶液记为（二），采用双通道注射泵将上述（一）和（二）溶液缓慢地加到5毫升乙二醇溶液中，然后在160℃下加热回流60min，制备得到银纳米线溶液。
实施例1
正极浆料的制备：先将聚氟乙烯（PVDF-5130）溶解于N-甲基吡咯烷酮（NMP）中，搅拌均匀。然后往胶溶液加入银纳米线溶液。随后在其混合溶液中加入导电石墨KS-15和磷酸铁锂粉末，磷酸铁锂分三次逐步添加，搅拌均匀，调整固含量，得到锂离子电池的正极浆料。其中正极浆料中各物质的质量百分比为：磷酸铁锂：PVDF-5130: KS-15：银纳米线溶液=93：3.5：2.5：1.0。固含量为68%。
负极浆料的制备：先将增稠剂羧甲基纤维素钠（CMC）均匀溶解于去离子水(H2O)溶液：粘结剂SBR=95：0.8：0.8：1.4：2.0，固含量为45%。
3.一种制备低内阻锂离子电池的方法，正极浆料的制备方法为：先将粘结剂PVDF-5130均匀溶解于有机溶剂N-甲基吡咯烷酮NMP中，然后往胶溶液加入不同粒径的银纳米线溶液；随后在其混合溶液中加入导电剂KS-15和磷酸铁锂粉末，分多次逐步添加，均匀搅拌，调整固含量，即得到磷酸铁锂正极浆料；负极浆料的制备方法为：先将增稠剂CMC均匀溶解于溶剂去离子水H2O中，然后往其溶液加入一定质量百分比的不同粒径的银纳米线溶液，随后在其混合溶液中加入导电剂Super-P和石墨，搅拌均匀，最后加入粘结剂SBR，均匀搅拌，调整固含量，得到锂离子电池的负极浆料。
正极浆料的制备：先将聚氟乙烯PVDF-5130溶解于N-甲基吡咯烷酮NMP中，搅拌均匀。然后往胶溶液加入银纳米线溶液；随后在其混合溶液中加入导电石墨KS-15和磷酸铁锂粉末，磷酸铁锂分三次逐步添加，搅拌均匀，调整固含量，得到锂离子电池的正极浆料。其中正极浆料中各物质的质量百分比为：磷酸铁锂：PVDF-5130: KS-15：银纳米线溶液=93：3.5：1.0：2.5。固含量为68%；
负极浆料的制备：先将增稠剂羧甲基纤维素钠CMC均匀溶解于去离子水(H2O)中，然后往溶液中添加银纳米线溶液。随后在其混合物中加入导电炭黑Super-P和石墨，搅拌均匀，最后加入粘结剂丁苯橡胶SBR，搅拌均匀，调整固含量，得到锂离子电池的负极浆料。其中负极浆料中各物质的质量百分比为：石墨：CMC： Super-P：银纳米线溶液：SBR=95：0.8：1.0：1.2：2.0，固含量为45%。
所述的银纳米线溶液是在聚乙烯吡咯烷酮PVP溶液中，通过乙二醇还原硝酸银制备得到。
所述银纳米线溶液的制备方法是：首先将2*10-5g硝酸银加入到0.6M的乙二醇中，然后在搅拌的过程中一次性加入0.6mL新制备的0.01M硼氢化钠溶液，剧烈搅拌2min，还原产生的银纳米粒子作为种子；将制备得到的银种子加入到3mL 0.6M的聚乙烯吡咯烷酮溶液中记为（1）， 3mL 0.1M的硝酸银的乙二醇溶液记为（2），采用双通道注射泵将上述（1）和（2）溶液缓慢地加到5毫升乙二醇溶液中，然后在160℃下加热回流60min，制备得到银纳米线溶液。
实施例
银纳米线溶液的制备
首先将2*10-5g硝酸银加入到0.6M的乙二醇中，然后在搅拌的过程中一次性加入0.6mL新制备的0.01M硼氢化钠溶液，剧烈搅拌2min，还原产生的银纳米粒子作为种子。
将制备得到的银种子加入到3mL 0.6M的聚乙烯吡咯烷酮溶液中记为（一）， 3mL 0.1M的硝酸银的乙二醇溶液记为（二），采用双通道注射泵将上述（一）和（二）溶液缓慢地加到5毫升乙二醇溶液中，然后在160℃下加热回流60min，制备得到银纳米线溶液。
实施例1
正极浆料的制备：先将聚氟乙烯（PVDF-5130）溶解于N-甲基吡咯烷酮（NMP）中，搅拌均匀。然后往胶溶液加入银纳米线溶液。随后在其混合溶液中加入导电石墨KS-15和磷酸铁锂粉末，磷酸铁锂分三次逐步添加，搅拌均匀，调整固含量，得到锂离子电池的正极浆料。其中正极浆料中各物质的质量百分比为：磷酸铁锂：PVDF-5130: KS-15：银纳米线溶液=93：3.5：2.5：1.0。固含量为68%。
负极浆料的制备：先将增稠剂羧甲基纤维素钠（CMC）均匀溶解于去离子水(H2O)
实施例5
此实例为对照实例，正负极浆料不添加银纳米线溶液。
正极浆料的制备：先将聚氟乙烯（PVDF-5130）溶解于N-甲基吡咯烷酮（NMP）中，搅拌均匀，随后在胶溶液中加入导电石墨KS-15和磷酸铁锂粉末，磷酸铁锂分三次逐步添加，搅拌均匀，调整固含量，得到锂离子电池的正极浆料。其中正极浆料中各物质的质量百分比为：磷酸铁锂：PVDF-5130: KS-15 =93：3.5：3.5。固含量为68%。
负极浆料的制备：先将增稠剂羧甲基纤维素钠（CMC）均匀溶解于去离子水(H2O)中，随后在其溶液中加入导电炭黑Super-P和石墨，搅拌均匀，最后加入粘结剂丁苯橡胶（SBR），搅拌均匀，调整固含量，得到锂离子电池的负极浆料。其中负极浆料中各物质的质量百分比为：石墨：CMC： Super-P：SBR=95：0.8：2.2：2.0，固含量为45%。
将实例中的正负极浆料通过正常的制备工艺参数进行涂布、制片、卷绕、烘干、注液、封口、化成、分容等工序制成18650-1400mAh-3.3V圆柱锂离子电池。选取离子导通性能好的绝缘材料作为隔膜（如聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯、纤维素等）；同时以LiPF6为电解质，以碳酸乙烯酯等为溶剂构成的溶液为电解液，采用真空浸渍技术填充电解液，以不带PTC的盖帽进行封口，组装成圆柱型锂离子电池。
表1为各实施例及对比涂布极片的漏箔或掉粉情况和锂离子电池的内阻和容量的测试结果。
表1 
实施例 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
有无漏箔或掉粉 无 无 无 无 有
内阻/mΩ 35.4 32.6 30.8 28.3 38.7
容量/mAh 1429 1452 1475 1523 1418
由表1可以看出，与对比实例5相比，实例1～4的涂布和极片未出现漏箔和掉粉现象，同时锂离子电池的内阻和容量情况也得到明显的改善。说明本发明公开的技术在改善涂布掉粉的情况下同时也使得电池保持了优异的电化学性能。

Claims (6)

1.一种低内阻锂离子电池，包括：锂离子电池的正极浆料和负极浆料，其特征是：在锂离子电池的正/负极浆料中按质量百分比添加不同粒径的银纳米线溶液，银纳米线的长度为：50nm～1000nm，直径为:20～100nm；正/负极浆料中加入的银纳米线溶液的质量百分比为0.5%～4.0%；
正极浆料中各物质的质量百分比为：磷酸铁锂：85%～95%；粘结剂：2%～5%；导电剂：0.8%～3.5%，银纳米线溶液：0.5%～4.0%，固含量为55%～80%；正极所用的溶剂为N-甲基吡咯烷酮NMP，导电剂为导电石墨和导电炭黑中的一种或多种，粘结剂为聚氟乙烯PVDF；
负极浆料中各物质的质量百分比为；石墨：87%～97%，增稠剂：0.5～2.5%，粘结剂：1.5%～4.0%，导电剂：0.5%～3.0%，银纳米线溶液：0.5%～4.0%，固含量：35%～50%；负极所用溶剂为去离子水H2O，增稠剂为羧甲基纤维素钠CMC，粘结剂为丁苯橡胶SBR、导电剂为导电炭黑Super-P或导电炭黑中一种或多种。
2.根据权利要求1所述的一种低内阻锂离子电池，其特征是：所述正极浆料中各物质的质量百分比为：磷酸铁锂：粘结剂PVDF-5130: 导电剂KS-15：银纳米线溶液=93：3.5：2.5：1.0，固含量为68%；其中负极浆料中各物质的质量百分比为：石墨：增稠剂CMC：导电剂Super-P：银纳米线溶液：粘结剂SBR=95：0.8：0.8：1.4：2.0，固含量为45%。
3.一种制备权利1或2所述的低内阻锂离子电池的方法，其特征是：正极浆料的制备方法为：先将粘结剂PVDF-5130均匀溶解于有机溶剂N-甲基吡咯烷酮NMP中，然后往胶溶液加入不同粒径的银纳米线溶液；随后在其混合溶液中加入导电剂KS-15和磷酸铁锂粉末，分多次逐步添加，均匀搅拌，调整固含量，即得到磷酸铁锂正极浆料；负极浆料的制备方法为：先将增稠剂CMC均匀溶解于溶剂去离子水H2O中，然后往其溶液加入一定质量百分比的不同粒径的银纳米线溶液，随后在其混合溶液中加入导电剂Super-P和石墨，搅拌均匀，最后加入粘结剂SBR，均匀搅拌，调整固含量，得到锂离子电池的负极浆料。
4.根据权利要求3所述的低内阻锂离子电池的制备方法，其特征是：正极浆料的制备：先将聚氟乙烯PVDF-5130溶解于N-甲基吡咯烷酮NMP中，搅拌均匀；然后往胶溶液加入银纳米线溶液；随后在其混合溶液中加入导电石墨KS-15和磷酸铁锂粉末，磷酸铁锂分三次逐步添加，搅拌均匀，调整固含量，得到锂离子电池的正极浆料，其中正极浆料中各物质的质量百分比为：磷酸铁锂：PVDF-5130: KS-15：银纳米线溶液=93：3.5：1.0：2.5，固含量为68%；负极浆料的制备：先将增稠剂羧甲基纤维素钠CMC均匀溶解于去离子水(H2O)中，然后往溶液中添加银纳米线溶液；
随后在其混合物中加入导电炭黑Super-P和石墨，搅拌均匀，最后加入粘结剂丁苯橡胶SBR，搅拌均匀，调整固含量，得到锂离子电池的负极浆料；其中负极浆料中各物质的质量百分比为：石墨：CMC： Super-P：银纳米线溶液：SBR=95：0.8：1.0：1.2：2.0，固含量为45%。
5.根据权利要求3所述的低内阻锂离子电池的制备方法，其特征是：所述的银纳米线溶液是在聚乙烯吡咯烷酮PVP溶液中，通过乙二醇还原硝酸银制备得到。
6.根据权利要求5所述的低内阻锂离子电池的制备方法，其特征是：所述银纳米线溶液的制备方法是：首先将2*10-5g硝酸银加入到0.6M的乙二醇中，然后在搅拌的过程中一次性加入0.6mL新制备的0.01M硼氢化钠溶液，剧烈搅拌2min，还原产生的银纳米粒子作为种子；将制备得到的银种子加入到3mL 0.6M的聚乙烯吡咯烷酮溶液中记为（1）， 3mL 0.1M的硝酸银的乙二醇溶液记为（2），采用双通道注射泵将上述（1）和（2）溶液缓慢地加到5毫升乙二醇溶液中，然后在160℃下加热回流60min，制备得到银纳米线溶液。
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