CN105406029A - 锂离子电池正极极片或负极极片的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池正极极片或负极极片的制备方法，包括如下步骤：(1)将锂离子电池的活性材料与导电剂、粘结剂混合，经过搅拌后得浆料；(2)将步骤(1)得到的浆料均匀地涂覆于箔材表面，烘干后得到初级极片；(3)将步骤(2)得到的初级极片浸没于浸胶槽内的导电胶液中，浸胶时间为t1；所述导电胶液的制备方法如下：将PTFE乳液按一定比例与水混合配制成胶液中间体，在胶液中间体中加入一定量的导电炭黑，将导电炭黑均匀地分散到胶液中间体中，制成所述导电胶液；(4)将步骤(3)中浸过胶的初级极片通过烘箱烘干，得到锂离子电池极片。本发明的制备方法，能提高锂离子电池的能量密度、倍率性能和循环寿命。

Description

锂离子电池正极极片或负极极片的制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，特别是涉及一种锂离子电池正极极片或负极极片的制备方法。
背景技术
锂离子电池电芯主要由正极片、负极片、隔膜、电解液组成。正极通常由活性物质(如钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂等)与导电剂(如乙炔黑、导电石墨、炉黑等)以及粘结剂(如聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶)等混合均匀，搅拌成糊状浆料，均匀地涂覆在铝箔的两侧，在氮气流下干燥以除去有机物分散剂，然后用辊压机压制成型，再按设计要求裁切成规定尺寸的极片。常见的锂离子电池负极主要有石墨和钛酸锂，负极片的制备工艺与正极片大致相同，只是活性物质的组成略有差别。
传统工艺存在一些问题，电极极片容易粉化、剥离，掉落，导致电池内阻大、容量低、循环寿命减少。解决此类问题的常用方法是增加粘结剂的用量，然而粘结剂用量的增加会导致电池的内阻增大，降低活性物质占比，导致电池容量降低，充放电时电池温度增加，影响电池的循环寿命，电池的安全性能也存在一定隐患。
粘接剂一般都是高分子化合物，常用的有PVDF(聚偏氟乙烯)、PVA(聚乙烯醇)、PTFE(聚四氟乙烯)、CMC(羧甲基纤维素钠)等，以保证活性物质制浆时的均匀性和安全性，对活性物质颗粒间起粘接作用，将活性物质粘接在集流体上，保持活性物质间以及和集流体间的粘接作用。目前油性浆料生产都是用PVDF，其粘结效果好，分散好，但缺点是价格昂贵、怕水、极片干燥后的造孔效果不佳，不利于电解液的浸润。PTFE不会溶解在溶剂中，一般是乳液状态，其成分比较复杂，相关研究表明使用PTFE有利于电池性能提升，但由于其特殊的物理、化学性质，目前很少作为锂离子电池的粘结剂来使用。虽然已有发明描述了将PVDF、PTFE胶液通过喷涂工具将其涂覆于极片表面，形成具有粘结作用的粘结层，从而改善极片的加工性能，提高电池的电化学性能。但大部分聚合物均为绝缘体，直接涂覆于极片上会影响活性物质，尤其是表层材料之间电子的输运，从而对极片的电化学性能造成不利影响。
发明内容
针对上述现有技术现状，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种锂离子电池正极极片或负极极片的制备方法，以提高锂离子电池的能量密度、倍率性能和循环寿命。
为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种锂离子电池正极极片或负极极片的制备方法，包括如下步骤：
(1)将锂离子电池的正极活性材料或者负极活性材料与导电剂、粘结剂按一定比例混合，经过搅拌后得正极浆料或负极浆料；
(2)将步骤(1)得到的正极浆料或负极浆料均匀地涂覆于箔材表面，烘干后得到初级正极极片或负极极片；
(3)将步骤(2)得到的初级正极极片或负极极片浸没于浸胶槽内的导电胶液中，浸胶时间为t1；所述导电胶液的制备方法如下：将PTFE乳液按一定比例与水混合配制成胶液中间体，在胶液中间体中加入一定量的导电炭黑，将导电炭黑均匀地分散到胶液中间体中，制成所述导电胶液；
(4)将步骤(3)中浸过胶的初级正极极片或负极极片通过烘箱烘干，得到锂离子电池正极极片或负极极片。
在其中一个实施例中，所述导电炭黑是Super-P、KS-6、乙炔黑、科琴黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或两种以上的混合物。
在其中一个实施例中，步骤(3)中，所述胶液中间体中的PTFE乳液的浓度D1为10～30wt％。
在其中一个实施例中，步骤(3)中，所述导电炭黑在导电胶液中的浓度D2为0.1～5wt％。
在其中一个实施例中，步骤(3)中，所述浸胶槽内的导电胶液的温度T1为30～80℃。
在其中一个实施例中，步骤(3)中，t1为0.1～10min。
在其中一个实施例中，步骤(4)中，烘箱温度T2为90～130℃。
本发明所提供的一种锂离子电池正极极片或负极极片的制备方法，具有以下有益效果：
(1)可以使锂离子电池正负极极片的粘结力、压实密度明显提高，有利于电池体积能量密度的提升；
(2)极片柔韧性增强，有利于极片的卷绕操作；
(3)能有效控制附着在极片上的粉尘颗粒，减少极片边缘的毛刺，降低因粉尘和毛刺导致的电芯短路现象；
(4)制成的锂离子电池内阻明显降低，有利于提高电池的倍率性能，并提升电池的能量密度和循环寿命；
(5)本发明的制备方法，是在原有锂离子电池生产工艺基础上进行的改进，除了增加浸胶所需的相应设备外，并不需要增加很多设备，原有生产线也不需要做过多的改动，有效地减少了固定资产的投入，简便易行，利于规模化生产的实现。
附图说明
图1为本发明实施例1制成的锂离子电池的室温循环性能图(B组为常规工艺制成的电池，作为对比参照)。
图2、图3分别为本发明实施例2制成的锂离子电池不同倍率下的倍率充电和倍率放电性能图(B1组为常规工艺制成的电池，作为对比参照)。
具体实施方式
下面参考附图并结合实施例对本发明进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，以下各实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明的锂离子电池正极极片或负极极片的制备方法适用于目前锂离子电池中常用的正极材料(包括磷酸铁锂、锰酸锂或锂镍钴锰等)和负极材料(包括碳类和钛酸锂等)制成的极片。下面通过具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
正极-磷酸铁锂，负极-人造石墨，叠片式聚合物电池。
本实施例中的锂离子电池正极极片或负极极片的制备方法如下：
步骤(1)，将磷酸铁锂与Super-P、PVDF按一定比例混合，经过搅拌后得磷酸铁锂正极浆料，将人造石墨与导电剂Super-P和KS-6、CMC和SBR(丁苯橡胶)按一定比例混合，经过搅拌后得人造石墨负极浆料；
步骤(2)，利用涂布机，将步骤(1)得到的磷酸铁锂正极浆料和人造石墨负极浆料分别均匀地涂覆于铝箔和铜箔表面，通过涂布机的干燥设备烘干后得到初级正极极片和负极极片；
步骤(3)，将步骤(2)中涂布制备好的初级正极极片和负极极片浸没于浸胶槽内的导电胶液中，导电胶液的温度为45℃，浸胶时间为3min；导电胶液的制备方法如下：将PTFE乳液按一定比例与水混合配制成浓度为20wt％的胶液中间体，将一定量的石墨烯和科琴黑按1∶1的比例先后加入到胶液中间体中，通过高速分散机将石墨烯和科琴黑均匀地分散到胶液中间体中，制成具有导电性的导电胶液，石墨烯和科琴黑在导电胶液中的含量为1wt％；
步骤(4)，将步骤(3)中浸过胶的初级正极极片和负极极片通过烘箱烘干，烘干温度为100℃，得到正极极片和负极极片。
将得到正极极片和负极极片与高温胶粘合在一起，预留拉力试验固定位，使用压力辊辊压，排除气泡，粘合牢固，然后将其固定在拉力试验机上，按照180°模式进行测试，正极极片的剥离强度分别为0.42N/mm，高于未浸胶的极片(0.25N/mm)。压实密度从1.75g/cm3提升至1.85g/cm3，制成的锂离子电池内阻从4.15mΩ降至2.77mΩ，电池能量密度从124Wh/L提升至157Wh/L。将以常规工艺和以该实施例制备方法的电池做循环测试，循环曲线图如图1所示。从图1中可以看出，采用本实施例的制备方法，1000次循环后电池容量衰减了不到2％，这表明本发明提供的极片制备方法可以显著改善锂离子电池的循环寿命。
实施例2
正极-锂镍锰钴三元材料，负极-钛酸锂材料，卷绕式圆柱电池。
本发明实施例中的锂离子电池正极极片或负极极片的制备方法如下：
步骤(1)，分别将锂镍锰钴三元材料与Super-P、PVDF按一定比例混合，经过搅拌后得三元材料正极浆料，将钛酸锂与Super-P、KS-6、PVDF按一定比例混合，经过搅拌后得钛酸锂负极浆料；
步骤(2)，利用涂布机，将步骤(1)得到的三元材料正极浆料和钛酸锂负极浆料分别均匀地涂覆于铝箔和铜箔表面，通过涂布机的干燥设备烘干，得到初级正极极片和负极极片；
步骤(3)，将步骤(2)中涂布制备好的初级正极极片和负极极片浸没于浸胶槽内的导电胶液中，导电胶液的温度为60℃，浸胶时间为1min；导电胶液的制备方法如下：将PTFE乳液按一定比例与水混合配制成浓度为30wt％的胶液中间体，将一定量的Super-P、KS-6和乙炔黑按1∶1∶1的比例先后加入到胶液中间体中，通过高速分散机将Super-P、KS-6和乙炔黑均匀地分散到胶液中，制成具有导电性的导电胶液，Super-P、KS-6和乙炔黑在导电胶液中的含量为1wt％；
步骤(4)，将步骤(3)中浸过胶的初级正极极片和负极极片通过烘箱烘干，烘干温度为110℃，得到正极极片和负极极片。
经测试，钛酸锂负极极片的剥离强度为0.37N/mm，高于未浸胶的极片(0.23N/mm)。浸胶后的钛酸锂负极极片的压实密度从1.80g/cm3提升至1.95g/cm3，制成的锂离子电池内阻从4.65mΩ降至2.38mΩ，电池能量密度从101Wh/L提升至124Wh/L。将以常规工艺和以该实施例制备方法的电池做倍率充放电测试，不同倍率充电性能如图2所示，不同倍率放电性能如图3所示。从图2中可以看出，采用本实施例制备方法制成的电芯，倍率充电性能明显好于常规工艺电芯，10C以内的容量保持率均高于93％，图3中，倍率放电性能明显好于常规工艺电芯，10C以内的容量保持率均高于92％，由此可见，采用本实施例制备方法可以显著提高电芯的倍率充放电性能。
综上，本发明所提供的一种锂离子电池正极极片或负极极片的制备方法，具有以下有益效果：
(1)可以使锂离子电池正负极极片的粘结力、压实密度明显提高，有利于电池体积能量密度的提升；
(2)极片柔韧性增强，有利于极片的卷绕操作；
(3)能有效控制附着在极片上的粉尘颗粒，减少极片边缘的毛刺，降低因粉尘和毛刺导致的电芯短路现象；
(4)制成的锂离子电池内阻明显降低，有利于提高电池的倍率性能，并提升电池的能量密度和循环寿命；
(5)本发明的制备方法，是在原有锂离子电池生产工艺基础上进行的改进，除了增加浸胶所需的相应设备外，并不需要增加很多设备，原有生产线也不需要做过多的改动，有效地减少了固定资产的投入，简便易行，利于规模化生产的实现。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种锂离子电池正极极片或负极极片的制备方法，包括：
(1)将锂离子电池的正极活性材料或者负极活性材料与导电剂、粘结剂按一定比例混合，经过搅拌后得正极浆料或负极浆料；
(2)将步骤(1)得到的正极浆料或负极浆料均匀地涂覆于箔材表面，烘干后得到初级正极极片或负极极片；
其特征在于，所述制备方法还包括：
(3)将步骤(2)得到的初级正极极片或负极极片浸没于浸胶槽内的导电胶液中，浸胶时间为t1；所述导电胶液的制备方法如下：将PTFE乳液按一定比例与水混合配制成胶液中间体，在胶液中间体中加入一定量的导电炭黑，将导电炭黑均匀地分散到胶液中间体中，制成所述导电胶液；
(4)将步骤(3)中浸过胶的初级正极极片或负极极片通过烘箱烘干，得到锂离子电池正极极片或负极极片。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极极片或负极极片的制备方法，其特征在于，所述导电炭黑是Super-P、KS-6、乙炔黑、科琴黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或两种以上的混合物。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池正极极片或负极极片的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述胶液中间体中的PTFE乳液的浓度D1为10～30wt％。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池正极极片或负极极片的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述导电炭黑在导电胶液中的浓度D2为0.1～5wt％。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池正极极片或负极极片的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述浸胶槽内的导电胶液的温度T1为30～80℃。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池正极极片或负极极片的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，t1为0.1～10min。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池正极极片或负极极片的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，烘箱温度T2为90～130℃。
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