CN105633340A - 一种锂离子电池复合极片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种锂离子电池复合极片及其制备方法，电池制备领域，具体涉及锂离子电池制备领域，其特征在于：复合极片的中间设有集流体层，集流体层的上下两面各设有底涂层,两面底涂层的外面各设有活性物质层，活性物质层的外面各设有喷涂层，本发明不但解决了目前锂离子电池安全性能差、一致性难以控制等方面的缺陷，而且制备简单、一致性好、安全性高的锂离子复合极片，并应用于锂离子电池。

Description

一种锂离子电池复合极片及其制备方法

技术领域

本发明涉及电池制备领域，具体涉及锂离子电池制备领域。

背景技术

锂离子电池是近几年发展起来的一种新型储能电池，并以其循环寿命好、环境友好、价格合适等优点而受到市场的青睐，并广泛应用于通讯电子、电动汽车等领域。而安全性能又是影响其能否广泛应用推广的关键所在，目前国内主要通过选用功能性电解液、陶瓷隔膜、安全性正负极材料等措施以提高锂离子电池的安全性能，比如专利（CN201410417508.1）一种高安全性锂离子电池负极极片、制备方法及其应用，主要通过涂覆隔离层避免活性物质与电解液的接触机率，提高其安全性能，但是其存在稳定性差、一致性难以控制及其成本高。为此为满足市场对锂离子电池低成本、一致性好的要求，需要寻找出一种在不降低电化学性能及其成本的条件下，提高锂离子电池的安全性能，显得非常必要。

发明内容

本发明公开了一种锂离子电池复合极片及其制备方法，不但解决了目前锂离子电池安全性能差、一致性难以控制等方面的缺陷，而且制备简单、一致性好、安全性高的锂离子复合极片，并应用于锂离子电池。

本发明提供一种锂离子电池复合极片及其制备方法，所述的复合极片的中间设有集流体层，集流体层的上下两面各设有底涂层,两面底涂层的外面各设有活性物质层，活性物质层的外面各设有喷涂层。

所述的集流体层是采用网状铜箔或网状铝箔；

所述的底涂层由粘结剂30～50%、碳纳米管10～40%、石墨烯40～70%组成；

所述的活性物质层是由磷酸铁锂30～65%、粘结剂10～40%、碳黑导电剂25～65%组成；

所述喷涂层是由偏铝酸锂30～60%、粘结剂20～55%、炭黑导电剂30～65组成；

所述的粘结剂为聚丙烯酸酯类三元共聚物乳胶20～45%、聚偏氟乙烯10～20%、LiO6离子5～9%、聚乙二醇双丙烯酸酯8～16%、N-甲基吡咯烷酮20～60%、聚丙烯氰4～9%，由于所用粘结剂可以避免不同极片层之间的极化效应，提高其极片结构稳定性。

所述的复合极片制备方法包括以下步骤：

步骤①底涂液、活性物质浆料及其安全底涂液的分别配制：先将聚偏氟乙烯10～20%添加到N-甲基吡咯烷酮20～60%之中，之后依次添加聚丙烯酸酯类三元共聚物乳胶20～45%、LiO6离子5～9%、聚乙二醇双丙烯酸酯8～16%、聚丙烯氰4～9%得到粘结剂；

步骤②取碳纳米管10～40%、石墨烯40～70%，组成并添加步骤①粘结剂，采用超声分散至30min之后得到底涂液，将底涂液涂到网状铝箔的集流体层两面；

步骤③取磷酸铁锂30～65%、碳黑导电剂25～65%，并添加步骤①粘结剂10～40%，并通过合浆机搅拌后得活性物质层，再到均匀底涂液上；

步骤④取偏铝酸锂30～60%、炭黑导电剂30～65，并添加步骤①粘结剂20～55%搅拌后喷在得到活性物质层凝固后得到喷涂层。

有益效果;

所制备底涂层、喷涂层所用设备为凹版印刷或喷涂机，活性物质所用设备为涂布机，由于采用凹版印刷或喷涂机可以涂覆面密度更小、厚度更薄的涂层，其精度高、稳定性强，而采用涂布机则可以涂覆出面密度大的正负极材料，提高其锂离子电池的能量密度。

采用在集流体表面涂覆底涂液，可以起到保护集流体降低电解液对其表面的腐蚀，提高锂离子电池的循环寿命，同时又可以增大活性物质与底涂层之间的粘附力，提高其倍率性能。

在活性物质表面涂覆一层喷涂层，可以将锂离子电池在过充过放过程中产生的局部热量及时排向其它方向，优化极片的热量分布，提高其电池的倍率性能。

同时由于底涂层、活性物质层及其喷涂层三者之间产生了协同效应，即底涂层中的纳米导电剂具有高的导电率和大的比表面积，可以提高活性物质层中锂离子的传输速率，同时喷涂层的含有偏铝酸锂，既可以提高锂离子的传输速率，又可以提高电子的传输速率，并从而提高活性物质层的发挥效，不但解决了目前锂离子电池安全性能差、一致性难以控制等方面的缺陷，而且制备简单、一致性好、安全性高的锂离子复合极片，并应用于锂离子电池。

具体实施方式

一种锂离子电池复合极片及其制备方法，所述的复合极片的中间设有集流体层，集流体层的上下两面各设有底涂层,两面底涂层的外面各设有活性物质层，活性物质层的外面各设有喷涂层。

所述的集流体层是采用网状铜箔或网状铝箔；

所述的底涂层由粘结剂35%、碳纳米管25%、石墨烯40%组成；

所述的活性物质层是由磷酸铁锂35%、粘结剂18%、碳黑导电剂47%组成；

所述喷涂层是由偏铝酸锂38%、粘结剂22%、炭黑导电剂40%组成；

所述的粘结剂为聚丙烯酸酯类三元共聚物乳胶22%、聚偏氟乙烯11%、LiO6离子6%、聚乙二醇双丙烯酸酯9%、N-甲基吡咯烷酮46%、聚丙烯氰6%，由于所用粘结剂可以避免不同极片层之间的极化效应，提高其极片结构稳定性。

所述的复合极片制备方法包括以下步骤：

步骤①底涂液、活性物质浆料及其安全底涂液的分别配制：先将聚偏氟乙烯11%添加到N-甲基吡咯烷酮46%之中，之后依次添加聚丙烯酸酯类三元共聚物乳胶22%、LiO6离子6%、聚乙二醇双丙烯酸酯9%、聚丙烯氰9%得到粘结剂；

步骤②取碳纳米管25%、石墨烯40%，组成并添加步骤①的粘结剂35%，采用超声分散至30min之后得到底涂液，将底涂液涂到网状铝箔的集流体层两面；

所述喷涂层是由偏铝酸锂38%、粘结剂22%、炭黑导电剂40%组成

步骤③取磷酸铁锂35%、碳黑导电剂47%，并添加步骤①粘结剂18%，并通过合浆机搅拌后得活性物质层，再到均匀底涂液上；

步骤④取偏铝酸锂38%、炭黑导电剂40%，并添加步骤①粘结剂22%搅拌后喷在得到活性物质层凝固后得到喷涂层。

有益效果;

所制备底涂层、喷涂层所用设备为凹版印刷或喷涂机，活性物质所用设备为涂布机，由于采用凹版印刷或喷涂机可以涂覆面密度更小、厚度更薄的涂层，其精度高、稳定性强，而采用涂布机则可以涂覆出面密度大的正负极材料，提高其锂离子电池的能量密度。

采用在集流体表面涂覆底涂液，可以起到保护集流体降低电解液对其表面的腐蚀，提高锂离子电池的循环寿命，同时又可以增大活性物质与底涂层之间的粘附力，提高其倍率性能。

在活性物质表面涂覆一层喷涂层，可以将锂离子电池在过充过放过程中产生的局部热量及时排向其它方向，优化极片的热量分布，提高其电池的倍率性能。

同时由于底涂层、活性物质层及其喷涂层三者之间产生了协同效应，即底涂层中的纳米导电剂具有高的导电率和大的比表面积，可以提高活性物质层中锂离子的传输速率，同时喷涂层的含有偏铝酸锂，既可以提高锂离子的传输速率，又可以提高电子的传输速率，并从而提高活性物质层的发挥效，不但解决了目前锂离子电池安全性能差、一致性难以控制等方面的缺陷，而且制备简单、一致性好、安全性高的锂离子复合极片，并应用于锂离子电池。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (3)

1.一种锂离子电池复合极片及其制备方法，其特征在于：复合极片的中间设有集流体层，集流体层的上下两面各设有底涂层,两面底涂层的外面各设有活性物质层，活性物质层的外面各设有喷涂层。

2.如权利要求1所述的一种锂离子电池复合极片及其制备方法，其特征在于：所述的集流体层是采用网状铜箔或网状铝箔；

所述的底涂层由粘结剂30～50%、碳纳米管10～40%、石墨烯40～70%组成；

所述的活性物质层是由磷酸铁锂30～65%、粘结剂10～40%、碳黑导电剂25～65%组成；

所述喷涂层是由偏铝酸锂30～60%、粘结剂20～55%、炭黑导电剂30～65组成；

所述的粘结剂为聚丙烯酸酯类三元共聚物乳胶20～45%、聚偏氟乙烯10～20%、LiO6离子5～9%、聚乙二醇双丙烯酸酯8～16%、N-甲基吡咯烷酮20～60%、聚丙烯氰4～9%，由于所用粘结剂可以避免不同极片层之间的极化效应，提高其极片结构稳定性。

3.如权利要求1所述的一种锂离子电池复合极片及其制备方法，其特征在于：所述的复合极片正制备方法包括以下步骤：

步骤①底涂液、活性物质浆料及其安全底涂液的分别配制：先将聚偏氟乙烯10～20%添加到N-甲基吡咯烷酮20～60%之中，之后依次添加聚丙烯酸酯类三元共聚物乳胶20～45%、LiO6离子5～9%、聚乙二醇双丙烯酸酯8～16%、聚丙烯氰4～9%得到粘结剂；

步骤②取碳纳米管10～40%、石墨烯40～70%，组成并添加步骤①粘结剂，采用超声分散至30min之后得到底涂液，将底涂液涂到网状铝箔的集流体层两面；

步骤③取磷酸铁锂30～65%、碳黑导电剂25～65%，并添加步骤①粘结剂10～40%，并通过合浆机搅拌后得活性物质层，再到均匀底涂液上；

步骤④取偏铝酸锂30～60%、炭黑导电剂30～65，并添加步骤①粘结剂20～55%搅拌后喷在得到活性物质层凝固后得到喷涂层。