CN105895855A - 一种表面涂布导电炭层的电极及其制备方法 - Google Patents

一种表面涂布导电炭层的电极及其制备方法 Download PDF

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邱景义
余仲宝
李萌
张松通
王维坤
苑克国
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Abstract

本发明属于电池制造领域，特别涉及到一种表面涂布导电炭层的电极。电极涂布完成后，在其表面涂布一层导电碳，导电碳的种类可以使活性炭、导电碳黑、碳纳米管、石墨烯、介孔碳、碳纤维等。通过在电池电极的表层涂布导电碳层，可以大大降低电极阻抗，并能对火星物质进行有效保护，提高电极的稳定性，特别适用于高功率电池应用领域。

Description

一种表面涂布导电炭层的电极及其制备方法
技术领域
本发明涉及电池制造领域，具体涉及一种表面涂布导电炭层的电极，可用于制备一次、二次电池，特别适用于动力型电池的制备。
背景技术
随着电池技术的进步，电池在电动汽车和高性能装备中应用越来越广泛。但是，电池在比较苛刻的环境，如需要高功率放电的装置，中使用时，往往面临功率特性不够好或者在高功率使用工况下循环寿命不够长的问题。究其根源，在高功率工况下，电池一般会有较大温升，电极难免会同电解质发生反应导致性能的衰减。因此，如何通过一种简单可行的方法，在增加电极导电性的同时，抑制高功率下电池性能的衰减，是值得研究的问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有电极制备技术的不足而重新设计的一种表面涂布导电炭层的电极，使所制备的电极具有导电性好、循环寿命长等优点。
本发明的技术方案如下：一种表面涂布导电炭层的电极包括正电极6和负电极7两种，其中正电极6包括导电炭层1、正极集流体2、正极活性物质层3三部分，正极集流体2两面涂布正极活性物质层3，正极活性物质层3两面涂布导电炭层1，负电极7包括导电炭层1、负极集流体4、负极活性物质层5，负极集流体4两面涂布负极活性物质层5，负极活性物质层5两面涂布导电碳层1；
导电炭层(1)为活性炭、导电炭黑、炭纳米管、石墨烯、介孔炭、碳纤维中的一种以上；导电炭层1厚度为0.01～20微米；
正极集流体2为铝箔；负极集流体4为铜箔；
正极活性物质为磷酸亚铁锂、锰酸锂、过渡金属锂氧化物、富锂锰基材料中的一种以上；负极活性物质为石墨、硬炭、硅、锡或钛酸锂。
制备表面涂布导电炭层的电极的方法，包括以下具体步骤：
将正极活性物质3或负极活性物质5同导电剂、粘结剂混匀制成浆料，其中各组分质量份数为：正极活性物质或负极活性物质30％～65％，导电剂0.5％～15％，粘结剂0.5％～10％，溶剂30％～60％，将浆料涂布到正极集流体2.或负极集流体4的表面，涂布厚度为50～300微米，经80～180℃烘箱烘干后得到涂布正极活性物质层3或负极活性物质层5的正电极6或负电极7；
将导电炭、粘结剂、溶剂制成均匀浆料，其中各组分质量份数为：导电炭10％～65％，粘结剂0.5％～10％，溶剂30％～60％；粘结剂为聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素或海藻酸钠；溶剂为去离子水或N-甲基吡咯烷酮；
将上述浆料均匀涂布到已经涂布正极活性物质层3或负极活性物质层5的正电极6或负电极7表面，涂布厚度为0.01～20微米，并经80～180℃烘箱烘干去除溶剂；
将烘干后的电极辊轧到30～150微米，即得到表面涂布导电炭层的正电极6或负电极7。
本发明的有益效果：采用这种电极制备的动力型锂离子电池，比功率可以达到2500W/kg以上，循环寿命达到3000次以上。
附图说明
图1表面涂布导电炭层的正电极结构示意图
图中：1.导电碳层，2.正极集流体，3.正极活性物质层，6.正电极。
图2表面涂布导电炭层的负电极结构示意图
图中：1.导电碳层，4.负极集流体，5.负极活性物质层，7.负电极。
具体实施方式
实施例1
以磷酸铁锂为正极活性物质，按照质量分数为磷酸亚铁锂92％、导电炭黑4％、聚偏二氟乙烯粘结剂4％配制成浆料，涂布到20微米厚的铝箔集流体两面，单面涂布厚度为125微米，于125℃烘箱中烘干。按照质量分数为活性炭45％、聚偏二氟乙烯粘结剂15％、N-甲基吡咯烷酮40％制成浆料，涂布到上述制备的极片两面，单面涂布厚度为10微米，再次于125℃烘箱中烘干。将所得电极片压实后，压实密度为2.05g/cm3，得到表面涂布导电层的正电极。
以石墨为负极活性物质，按照质量分数为石墨92％、导电炭黑4％、聚偏二氟乙烯粘结剂4％配制成浆料，涂布到12微米厚的铜箔集流体两面，单面涂布厚度为80微米，于125℃烘箱中烘干。按照质量分数为活性炭45％、聚偏二氟乙烯粘结剂15％、N-甲基吡咯烷酮40％制成浆料，涂布到上述制备的极片两面，单面涂布厚度为10微米，再次于125℃烘箱中烘干。将所得电极片压实后，压实密度为1.45g/cm3，得到表面涂布导电层的负电极。
将上述正电极和负电极，与聚乙烯隔膜卷绕制备成18650型锂离子电池，电池比功率达到2500W/kg，比能量达到80Wh/kg。

Claims (2)

1.一种表面涂布导电炭层的电极，其特征在于该电极包括正电极(6)和负电极(7)两种，其中正电极(6)包括导电炭层(1)、正极集流体(2)、正极活性物质层(3)三部分，正极集流体(2)两面涂布正极活性物质层(3)，正极活性物质层(3)两面涂布导电炭层(1)，负电极(7)包括导电炭层(1)、负极集流体(4)、负极活性物质层(5)，负极集流体(4)两面涂布负极活性物质层(5)，负极活性物质层(5)两面涂布导电碳层(1)；
导电炭层(1)为活性炭、导电炭黑、炭纳米管、石墨烯、介孔炭、碳纤维中的一种以上；导电炭层(1)厚度为0.01～20微米；
正极集流体(2)为铝箔；负极集流体(4)为铜箔；
正极活性物质为磷酸亚铁锂、锰酸锂、过渡金属锂氧化物、富锂锰基材料中的一种以上；负极活性物质为石墨、硬炭、硅、锡或钛酸锂。
2.一种如权利要求1所述的表面涂布导电炭层的电极的制备方法，其特征在于该制备方法包括以下具体步骤：
将正极活性物质(3)或负极活性物质(5)同导电剂、粘结剂混匀制成浆料，其中各组分质量份数为：正极活性物质或负极活性物质30％～65％，导电剂0.5％～15％，粘结剂0.5％～10％，溶剂30％～60％，将浆料涂布到正极集流体(2)或负极集流体(4)的表面，涂布厚度为50～300微米，经80～180℃烘箱烘干后得到涂布正极活性物质层(3)或负极活性物质层(5)的正电极(6)或负电极(7)；
将导电炭、粘结剂、溶剂制成均匀浆料，其中各组分质量份数为：导电炭10％～65％，粘结剂0.5％～10％，溶剂30％～60％；粘结剂为聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素或海藻酸钠；溶剂为去离子水或N-甲基吡咯烷酮；
将上述浆料均匀涂布到已经涂布正极活性物质层(3)或负极活性物质层(5)的正电极(6)或负电极(7)表面，涂布厚度为0.01～20微米，并经80～180℃烘箱烘干去除溶剂；
将烘干后的电极辊轧到30～150微米，即得到表面涂布导电炭层的正电极(6)或负电极(7)。
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