CN106058265A - 一种高活性物质比例的锂离子电池正极极片 - Google Patents

一种高活性物质比例的锂离子电池正极极片 Download PDF

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Abstract

一种高活性物质比例的锂离子电池正极极片，涉及锂离子电池技术领域。其目的是提供一种新型复合导电剂来提升锂离子电池能量密度与电学性能。其技术要点是：选择几种新型导电剂进行复配或新型导电剂中的一种或几种与传统导电剂中的一种或几种进行复配，从而解决现有导电剂无法降低用量并提高电池电学性能的难题。该方法操作简便，不仅能降低导电剂的含量、提高正极活性物质的比例，还能降低锂离子电池的电阻、提高锂离子电池倍率性能、低温性能和循环性能，同时能有效提高固含量，降低NMP的使用量，具有明显的经济效益。本发明对动力锂电池导电剂的选择具有重要的指导意义。

Description

一种高活性物质比例的锂离子电池正极极片
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体是一种高活性物质比例的锂离子电池正极极片。
背景技术
活性材料、导电剂和粘结剂是锂离子电池正极材料的主要组成部分。由于目前正极活性材料多为半导体或绝缘体的锂过渡金属氧化物或锂过渡金属磷酸盐，因此必须加入导电剂降低电极接触内阻，改善电极导电性。传统导电剂主要有导电炭黑(如SP)、导电石墨(如Ks-6)等。目前锂电池厂商主要采用导电炭黑与导电石墨混合使用(如SP与Ks-6)作为正极极片导电剂来构建完整的具有良好导电性的导电网络。但是这种传统的混合导电剂(SP与Ks-6)的添加量至少在3％～5％，才能满足电池的基本使用要求，同时粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)的量也必须控制在3％～5％之间，这样正极活性材料的比例只能达到90％～94％，甚至更低。在不改变电池材料体系的情况下，选择新型导电剂来降低导电剂的用量以提高正极活性物质的比例是提升锂离子电池能量密度最重要的方法。
目前新型的导电剂科琴黑(KB)、纳米碳纤维(VGCF)、碳纳米管(CNTs)等，具有较高的长径比，理论上形成的线接触导电网络相比于石墨具有更好的导电性，然而其难以分散的缺点限制其应用推广。新型的石墨烯导电剂具有二维片层结构，电阻率为10-6Ω/cm，在电极材料中将形成面接触式导电网络，理论上应具有超低的电阻率。然而石墨烯因其超高的理论比表面积(2630m2/g)使其片与片之间极易回叠，导电性能大大降低。因此如何将新型导电剂优异的电性能优势在锂电池领域发挥出来是目前行业内亟待解决的难题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种高活性物质比例的锂离子电池正极极片。
本发明所要解决的技术问题可以通过以下技术方案实现：
一种高活性物质比例的锂离子电池正极极片，包括活性物质、复合导电剂和粘结剂，所述复合导电剂为几种新型导电剂进行复配或新型导电剂中的至少一种与传统导电剂中的至少一种按照新型导电剂：传统导电剂＝1：x的质量比进行复配；其中，0<x≤5。
优选地，所述正极极片各组分的质量比例为：活性物质94％～99％，复合导电剂0.5％～3％，粘结剂0.5％～4.5％。
优选地，所述新型导电剂包括科琴黑(KB)、纳米碳纤维(VGCF)、碳纳米管(CNTs)和石墨烯。
优选地，所述传统导电剂包括导电炭黑(如SP)、导电石墨(如Ks-6)、乙炔黑(AB)。
优选地，所述正极极片的正极浆料固含量为35％～75％。
优选地，所述活性物质选用钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰锂、磷酸锰铁锂、镍钴锰三元材料、镍钴铝三元材料的一种或两种以上。
优选地，所述粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)。
本发明的有益效果：
通过本发明确定的新型复合导电剂不仅能降低导电剂的含量提高正极活性物质的比例，还能降低锂离子电池的电阻、提高锂离子电池倍率性能、低温性能和循环性能，同时能有效提高固含量，降低NMP的使用量，具有明显的经济效益。
附图说明
图1为本发明实施例1与对比例1中软包电池倍率放电容量保持率曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
正极极片各质量比例组分为：活性物质97％，导电剂1％，粘结剂2％。活性物质为LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2与LiMn0.8Fe0.2PO4(NCM523与LMFP)按一定比例混合，导电剂为VGCF/石墨烯(质量比2/1)，粘结剂为HSV-900型PVDF。负极为人造石墨，用此配方制作的软包电池容量为1.5Ah，内阻11mΩ，如图1所示，3C倍率放电容量保持率为85％。
对比例1：
正极极片各质量比例组分为：活性物质97％，导电剂1％，粘结剂2％。活性物质为LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NCM523)与LiMn0.8Fe0.2PO4(LMFP)按一定比例混合，粘结剂为HSV-900型PVDF，导电剂分别为SP/Ks-6、纯VGCF、纯石墨烯，其倍率放电容量保持率见图1所示，3C容量保持率分别为81％、78％、72％。
实施例2：
正极极片各质量比例组分为：活性物质97％，导电剂1％，粘结剂2％。活性物质为NCM523，导电剂为SP/石墨烯(质量比3/1)，粘结剂为HSV-900型PVDF。负极为人造石墨，用此配方制作的方形铝壳电池容量为38Ah，内阻0.9mΩ，3C倍率放电容量保持率为98％，45℃1C循环200周，容量保持率为94％，50％SOC放电功率(3C10s)1100W，-20℃1C容量保持率88％。
对比例2：
正极极片各质量比例组分为：活性物质97％，导电剂1％，粘结剂2％。活性物质为NCM523，导电剂为SP/Ks-6(质量比3/1)，粘结剂为HSV-900型PVDF。负极为人造石墨，用此配方制作的方形铝壳电池容量为38Ah，内阻2.4mΩ，3C倍率放电容量保持率为84％，45℃1C循环200周，容量保持率为86％，50％SOC放电功率(3C10s)850W，-20℃1C容量保持率75％。
实施例3：
正极极片各质量比例组分为：活性物质98％，导电剂0.8％，粘结剂1.2％。活性物质为NCM523，导电剂为CNTs/Ks-6(质量比2/1)，粘结剂为HSV-900型PVDF。负极为人造石墨，用此配方制作的方形铝壳电池容量为38.3Ah，内阻1.0mΩ，3C倍率放电容量保持率为97％，45℃1C循环200周，容量保持率为93.2％，50％SOC放电功率(3C10s)1180W，-20℃1C容量保持率84％。
对比例3：
正极极片各质量比例组分为：活性物质98％，导电剂0.8％，粘结剂1.2％。活性物质为NCM523，导电剂为SP/Ks-6(质量比2/1)，粘结剂为HSV-900型PVDF。负极为人造石墨，用此配方制作的方形铝壳电池容量为38.0Ah，内阻2.4mΩ，3C倍率放电容量保持率为81％，45℃1C循环200周，容量保持率为82％，50％SOC放电功率(3C10s)780W，-20℃1C容量保持率72％。
实施例4：
正极极片各质量比例组分为：活性物质94％，导电剂1.5％，粘结剂4.5％。活性物质为NCM523，导电剂为CNTs/KB/Ks-6(质量比2/1/1)，粘结剂为HSV-900型PVDF。负极为人造石墨，用此配方制作的方形铝壳电池容量为37Ah，内阻1.0mΩ，3C倍率放电容量保持率为97.2％，45℃1C循环200周，容量保持率为94％，50％SOC放电功率(3C10s)1120W，-20℃1C容量保持率86％。
对比例4：
正极极片各质量比例组分为：活性物质94％，导电剂1.5％，粘结剂4.5％。活性物质为NCM523，导电剂为SP/AB/Ks-6(质量比2/1/1)，粘结剂为HSV-900型PVDF。负极为人造石墨，用此配方制作的方形铝壳电池容量为37.0Ah，内阻2.6mΩ，3C倍率放电容量保持率为83％，45℃1C循环200周，容量保持率为81％，50％SOC放电功率(3C10s)760W，-20℃1C容量保持率75％。
实施例5：
正极极片各质量比例组分为：活性物质99％，导电剂0.5％，粘结剂0.5％。活性物质为NCM523，导电剂为CNTs/VGCF/Ks-6(质量比2/2/1)，粘结剂为HSV-900型PVDF。负极为人造石墨，用此配方制作的方形铝壳电池容量为38.6Ah，内阻0.9mΩ，3C倍率放电容量保持率为97.5％，45℃1C循环200周，容量保持率为91％，50％SOC放电功率(3C10s)1230W，-20℃1C容量保持率83％。
对比例5：
正极极片各质量比例组分为：活性物质99％，导电剂0.5％，粘结剂0.5％。活性物质为NCM523，导电剂为SP/AB/Ks-6(质量比2/2/1)，粘结剂为HSV-900型PVDF。负极为人造石墨，用此配方制作的方形铝壳电池容量为38.0Ah，内阻2.4mΩ，3C倍率放电容量保持率为81％，45℃1C循环200周，容量保持率为82％，50％SOC放电功率(3C10s)780W，-20℃1C容量保持率72％。
实施例6：
正极极片各质量比例组分为：活性物质96.5％，导电剂3％，粘结剂0.5％。活性物质为NCM523，导电剂为CNTs/KB/石墨烯/Ks-6(质量比2/2/1/1)，粘结剂为HSV-900型PVDF。负极为人造石墨，用此配方制作的方形铝壳电池容量为38.0Ah，内阻0.8mΩ，3C倍率放电容量保持率为97.6％，45℃1C循环200周，容量保持率为94.3％，50％SOC放电功率(3C10s)1175W，-20℃1C容量保持率86％。
对比例6：
正极极片各质量比例组分为：活性物质95.5％，导电剂3％，粘结剂1.5％。活性物质为NCM523，导电剂为SP/AB/Ks-6(质量比3/2/1)，粘结剂为HSV-900型PVDF。负极为人造石墨，用此配方制作的方形铝壳电池容量为38.0Ah，内阻1.2mΩ，3C倍率放电容量保持率为83％，45℃1C循环200周，容量保持率为85％，50％SOC放电功率(3C10s)860W，-20℃1C容量保持率74％。
由上述实施例及对比例可见，新型复合导电剂可以有效提高正极活性物质含量及电池电学性能。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高活性物质比例的锂离子电池正极极片，包括活性物质、复合导电剂和粘结剂，其特征在于：所述复合导电剂为几种新型导电剂进行复配或新型导电剂中的至少一种与传统导电剂中的至少一种按照新型导电剂：传统导电剂= 1：x的质量比进行复配；其中，0<x≤5。
2.根据权利要求1所述的一种高活性物质比例的锂离子电池正极极片，其特征在于：所述正极极片各组分的质量比例为：活性物质94%~99%，复合导电剂0.5%~3%，粘结剂0.5%~4.5%。
3.根据权利要求1所述的一种高活性物质比例的锂离子电池正极极片，其特征在于：所述新型导电剂包括科琴黑、纳米碳纤维、碳纳米管和石墨烯。
4.根据权利要求1所述的一种高活性物质比例的锂离子电池正极极片，其特征在于：所述传统导电剂包括导电炭黑、导电石墨、乙炔黑。
5.根据权利要求1所述的一种高活性物质比例的锂离子电池正极极片，其特征在于：所述正极极片的正极浆料固含量为35%~75%。
6.根据权利要求1所述的一种高活性物质比例的锂离子电池正极极片，其特征在于：所述活性物质选用钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰锂、磷酸锰铁锂、镍钴锰三元材料、镍钴铝三元材料的一种或两种以上。
7.根据权利要求1所述的一种高活性物质比例的锂离子电池正极极片，其特征在于：所述粘结剂为聚偏氟乙烯。
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