CN108336300A - 一种锂离子电池正极极片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种锂离子电池正极极片，包括铝箔集流体及涂布于铝箔集流体两面的正极混合浆料；所述正极混合浆料包括正极粉料及溶剂；所述正极粉料包括正极活性材料、导电剂、草酸及粘结剂，所述正极粉料中各组分的质量百分比为：正极活性材料89.7％～94.5％，导电剂2.9％～5％，草酸0.1％～0.3％，粘结剂2.5％～5％。本发明还提供一种锂离子电池正极极片的制备方法。本发明提供的锂离子电池正极极片及其制备方法，正极活性材料与铝箔集流体的结合力高，锂离子电池的容量、内阻、6C充电恒流比及循环性能优异。

Description

一种锂离子电池正极极片及其制备方法
【技术领域】
本发明涉及电池材料技术领域，尤其涉及一种锂离子电池正极极片及其制备方法。
【背景技术】
在众多的储能技术中，锂离子电池因具有能量密度较大、循环性能较好、重量轻等众多优点，被认为是最高效便携的化学电源。目前，锂离子电池已广泛应用于3C数码、电动汽车、储能等领域，高安全、长寿命、高能量密度及高功率密度是锂离子电池的重点发展方向。
常用的锂离子电池正极极片的集流体为铝箔，通过将含有正极活性材料、导电剂、粘结剂的正极混合浆料到铝箔上，制成正极极片；然后与负极极片、隔膜、壳体、电解液共同装配，组装成锂离子电池。然而，铝箔集流体通常会在表面生成一层较致密的氧化膜作为保护，影响了集流体铝箔与正极混合浆料的粘结强度；并且，氧化膜的导电性弱于铝箔，当应用于高功率的锂离子电池时，氧化膜带来的阻抗会影响锂离子电池的功率特性。
鉴于此，实有必要提供一种新型的锂离子电池正极极片及其制备方法以克服以上缺陷。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种正极活性材料与铝箔集流体的结合力高、锂离子电池的容量、内阻、充电恒流比及循环性能优异的锂离子电池正极极片及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种锂离子电池正极极片，包括铝箔集流体及涂布于铝箔集流体两面的正极混合浆料；所述正极混合浆料包括正极粉料及溶剂；所述正极粉料包括正极活性材料、导电剂、草酸及粘结剂，所述正极粉料中各组分的质量百分比为：正极活性材料89.7％～94.5％，导电剂2.9％～5％，草酸0.1％～0.3％，粘结剂2.5％～5％。
在一个优选实施方式中，所述正极混合浆料的粘度为6000～12000mPa·S，固含量为48～54％。
在一个优选实施方式中，所述粘结剂为聚偏氟乙烯，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
在一个优选实施方式中，所述导电剂为导电炭黑、碳纳米管、导电鳞片石墨及石墨烯中的一种或多种。
在一个优选实施方式中，所述正极活性材料为磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂及钴酸锂中的一种或多种。
本发明还提供一种锂离子电池正极极片的制备方法，包括如下步骤：
S1：称取正极粉料，所述正极粉料包括正极活性材料、导电剂、草酸及粘结剂，所述正极粉料中各组分的质量百分比为：正极活性材料89.7％～94.5％，导电剂2.9％～5％，草酸0.1％～0.3％，粘结剂2.5％～5％；将粘结剂和溶剂混合，在行星式搅拌机中真空搅拌1～2h；加入导电剂，继续真空搅拌1～2h，制得混合液；S2：向S1制得的混合液中加入一半的正极活性材料，并加入草酸，真空搅拌0.5～1h后，加入剩余一半的正极活性材料，继续真空搅拌3～3.5h，制得初级混合浆料；S3：将S2制得的初级混合浆料进行除泡15～30min，再进行粘度测试，加入溶剂并搅拌，将粘度调节至6000～12000mPa·S，制得正极混合浆料；S4：将S3制得的正极混合浆料涂覆在铝箔集流体的两面，在3～5m/min的运行速度下，经过4段温度依次为115℃、120℃、120℃和115℃的3.5m长的烘烤箱进行烘烤后，收卷，制得最终的锂离子电池正极极片。
在一个优选实施方式中，所述S1中的粘结剂和溶剂混合后溶液的固含量为52％；所述S3中的正极混合浆料的固含量为48～54％。
在一个优选实施方式中，所述S1中的粘结剂为聚偏氟乙烯，所述S1中的溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
在一个优选实施方式中，所述S1中的导电剂为导电炭黑、碳纳米管、导电鳞片石墨及石墨烯中的一种或多种。
在一个优选实施方式中，所述S1中的正极活性材料为磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂及钴酸锂中的一种或多种。
相比于现有技术，本发明提供的锂离子电池正极极片及其制备方法，正极活性材料与铝箔集流体的结合力高，锂离子电池的容量、内阻、6C充电恒流比及循环性能优异。
【附图说明】
图1为本发明提供的锂离子电池正极极片的制备方法的流程图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。
本发明提供一种锂离子电池正极极片，包括铝箔集流体及涂布于铝箔集流体两面的正极混合浆料；所述正极混合浆料包括正极粉料及溶剂；所述正极粉料包括正极活性材料、导电剂、草酸及粘结剂，所述正极粉料中各组分的质量百分比为：正极活性材料89.7％～94.5％，导电剂2.9％～5％，草酸0.1％～0.3％，粘结剂2.5％～5％。
所述正极混合浆料的粘度为6000～12000mPa·S，固含量为48～54％；所述粘结剂为聚偏氟乙烯，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮；所述导电剂为导电炭黑、碳纳米管、导电鳞片石墨及石墨烯中的一种或多种；所述正极活性材料为磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂及钴酸锂中的一种或多种。
如图1，本发明还提供一种锂离子电池正极极片的制备方法100，包括如下步骤：
S1：称取正极粉料，所述正极粉料包括正极活性材料、导电剂、草酸及粘结剂，所述正极粉料中各组分的质量百分比为：正极活性材料89.7％～94.5％，导电剂2.9％～5％，草酸0.1％～0.3％，粘结剂2.5％～5％；将粘结剂和溶剂混合，在行星式搅拌机中真空搅拌1～2h；加入导电剂，继续真空搅拌1～2h，制得混合液；
S2：向S1制得的混合液中加入一半的正极活性材料，并加入草酸，真空搅拌0.5～1h后，加入剩余一半的正极活性材料，继续真空搅拌3～3.5h，制得初级混合浆料；
S3：将S2制得的初级混合浆料进行除泡15～30min，再进行粘度测试，加入溶剂并搅拌，将粘度调节至6000～12000mPa·S，制得正极混合浆料；
S4：将S3制得的正极混合浆料涂覆在铝箔集流体的两面，在3～5m/min的运行速度下，经过4段温度依次为115℃、120℃、120℃和115℃的3.5m长的烘烤箱进行烘烤后，收卷，制得最终的锂离子电池正极极片。
具体的，所述S1中的粘结剂和溶剂混合后溶液的固含量为52％；所述S3中的正极混合浆料的固含量为48～54％；所述S1中的粘结剂为聚偏氟乙烯，所述S1中的溶剂为N-甲基吡咯烷酮；所述S1中的导电剂为导电炭黑、碳纳米管、导电鳞片石墨及石墨烯中的一种或多种；所述S1中的正极活性材料为磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂及钴酸锂中的一种或多种。
实施例1：
(1)称取正极粉料，即按照93.5％：0.1％：2.6％：2.5％：1.3％的质量百分比分别称取磷酸铁锂、草酸、聚偏氟乙烯、导电炭黑及碳纳米管；将聚偏氟乙烯和N-甲基吡咯烷酮按固含量52％的比例称取混合，在行星式搅拌机中真空搅拌1.5h；加入导电炭黑及碳纳米管，继续真空搅拌2h，制得混合液；
(2)向(1)制得的混合液中加入一半的磷酸铁锂，并加入草酸，真空搅拌0.5h后，加入剩余一半的磷酸铁锂，继续真空搅拌3.5h，制得初级混合浆料；
(3)将(2)制得的初级混合浆料进行除泡20min，再进行粘度测试，加入溶剂并搅拌，将粘度调节至8000mPa·S，制得正极混合浆料；
(4)将(3)制得的正极混合浆料涂覆在铝箔集流体的两面，在4m/min的运行速度下，经过4段温度依次为115℃、120℃、120℃和115℃的3.5m长的烘烤箱进行烘烤后，收卷，制得最终的锂离子电池正极极片。
实施例2：
(1)称取正极粉料，即按照93.4％：0.2％：2.6％：2.5％：1.3％的质量百分比分别称取磷酸铁锂、草酸、聚偏氟乙烯、导电炭黑及碳纳米管；将聚偏氟乙烯和N-甲基吡咯烷酮按固含量52％的比例称取混合，在行星式搅拌机中真空搅拌2h；加入导电炭黑及碳纳米管，继续真空搅拌1.5h，制得混合液；
(2)向(1)制得的混合液中加入一半的磷酸铁锂，并加入草酸，真空搅拌0.5h后，加入剩余一半的磷酸铁锂，继续真空搅拌3.5h，制得初级混合浆料；
(3)将(2)制得的初级混合浆料进行除泡20min，再进行粘度测试，加入溶剂并搅拌，将粘度调节至7500mPa·S，制得正极混合浆料；
(4)将(3)制得的正极混合浆料涂覆在铝箔集流体的两面，在3.5m/min的运行速度下，经过4段温度依次为115℃、120℃、120℃和115℃的3.5m长的烘烤箱进行烘烤后，收卷，制得最终的锂离子电池正极极片。
实施例3：
(1)称取正极粉料，即按照93.4％：0.2％：2.7％：2.2％：1.5％的质量百分比分别称取磷酸铁锂、草酸、聚偏氟乙烯、导电炭黑及碳纳米管；将聚偏氟乙烯和N-甲基吡咯烷酮按固含量52％的比例称取混合，在行星式搅拌机中真空搅拌1h；加入导电炭黑及碳纳米管，继续真空搅拌1h，制得混合液；
(2)向(1)制得的混合液中加入一半的磷酸铁锂，并加入草酸，真空搅拌0.5h后，加入剩余一半的磷酸铁锂，继续真空搅拌3h，制得初级混合浆料；
(3)将(2)制得的初级混合浆料进行除泡20min，再进行粘度测试，加入溶剂并搅拌，将粘度调节至9000mPa·S，制得正极混合浆料；
(4)将(3)制得的正极混合浆料涂覆在铝箔集流体的两面，在4.5m/min的运行速度下，经过4段温度依次为115℃、120℃、120℃和115℃的3.5m长的烘烤箱进行烘烤后，收卷，制得最终的锂离子电池正极极片。
对比例：
(1)称取正极粉料，即按照93.6％：2.6％：2.5％：1.3％的质量百分比分别称取磷酸铁锂、聚偏氟乙烯、导电炭黑及碳纳米管；将聚偏氟乙烯和N-甲基吡咯烷酮按固含量52％的比例称取混合，在行星式搅拌机中真空搅拌1.5h；加入导电炭黑及碳纳米管，继续真空搅拌2h，制得混合液；
(2)向(1)制得的混合液中加入一半的磷酸铁锂，真空搅拌0.5h后，加入剩余一半的磷酸铁锂，继续真空搅拌3.5h，制得初级混合浆料；
(3)将(2)制得的初级混合浆料进行除泡20min，再进行粘度测试，加入溶剂并搅拌，将粘度调节至8000mPa·S，制得正极混合浆料；
(4)将(3)制得的正极混合浆料涂覆在铝箔集流体的两面，在4m/min的运行速度下，经过4段温度依次为115℃、120℃、120℃和115℃的3.5m长的烘烤箱进行烘烤后，收卷，制得最终的锂离子电池正极极片。
锂离子电池的装配及测试：
将本发明提供的实施例1～3及对比例所制备的锂离子电池正极极片经辊压、分切、制片后，与负极片、隔膜、壳体、电解液共同装配，再经化成、分容工序，制作成圆柱型锂离子电池。
对将本发明提供的实施例1～3及对比例所制备的锂离子电池正极极片进行剥离强度测试，并对本发明提供的实施例1～3及对比例所制备的锂离子电池正极极片所对应的锂离子电池进行6C下的倍率及循环测试，测试结果如下表1：
表1：
实施例1 实施例2 实施例3 对比例
正极极片剥离强度/N 20.8 21.3 21.1 19.6
1C放电容量/mAh 5598 5612 5621 5540
内阻/mΩ 6 5.9 6.2 6.7
6C充电恒流比/％ 88.4 89.2 87.3 86.5
6C循环200周容量保持率/％ 91.8 90.6 89.3 87.5
6C循环500周容量保持率/％ 83.5 81.8 79.8 71.4
表1中，本发明提供的实施例1～3所制备的正极极片对应的锂离子电池，所用正极混合浆料中添加有草酸，而对比例中的锂离子电池则为常规不包含草酸组成正极的混合浆料。从表1的数据可对比出，实施例1～3对应的添加有草酸的正极极片的剥离强度均较对比例未添加草酸的材料有提升；并且，实施例1～3对应的锂离子电池的容量、内阻、6C充电恒流比和循环寿命发挥均优于对比例。其中，实施例1对应的锂离子电池的综合性能较佳，6C循环500周容量保持率为83.5％。
本发明提供的锂离子电池正极极片及其制备方法100，在正极混合浆料中添加有草酸，草酸在正极混合浆料涂布的过程中会轻微腐蚀铝箔集流体表面，增强正极活性材料与铝箔集流体的结合力；并且，草酸可以在涂布过程中吸收极片中少量的水分，并在烘烤中受热分解，不残留于极片中，不影响材料性能，并因气体挥发，疏通极片孔道，提高了锂离子电池的电化学性能。
本发明提供的锂离子电池正极极片及其制备方法100，正极活性材料与铝箔集流体的结合力高，锂离子电池的容量、内阻、6C充电恒流比及循环性能优异。
本发明并不仅仅限于说明书和实施方式中所描述，因此对于熟悉领域的人员而言可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。

Claims (10)

1.一种锂离子电池正极极片，其特征在于：包括铝箔集流体及涂布于铝箔集流体两面的正极混合浆料；所述正极混合浆料包括正极粉料及溶剂；所述正极粉料包括正极活性材料、导电剂、草酸及粘结剂，所述正极粉料中各组分的质量百分比为：正极活性材料89.7％～94.5％，导电剂2.9％～5％，草酸0.1％～0.3％，粘结剂2.5％～5％。
2.如权利要求1所述的锂离子电池正极极片，其特征在于：所述正极混合浆料的粘度为6000～12000mPa·S，固含量为48～54％。
3.如权利要求2所述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，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
4.如权利要求3所述的锂离子电池正极极片，其特征在于：所述导电剂为导电炭黑、碳纳米管、导电鳞片石墨及石墨烯中的一种或多种。
5.如权利要求4所述的锂离子电池正极极片，其特征在于：所述正极活性材料为磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂及钴酸锂中的一种或多种。
6.一种锂离子电池正极极片的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：称取正极粉料，所述正极粉料包括正极活性材料、导电剂、草酸及粘结剂，所述正极粉料中各组分的质量百分比为：正极活性材料89.7％～94.5％，导电剂2.9％～5％，草酸0.1％～0.3％，粘结剂2.5％～5％；将粘结剂和溶剂混合，在行星式搅拌机中真空搅拌1～2h；加入导电剂，继续真空搅拌1～2h，制得混合液；
S2：向S1制得的混合液中加入一半的正极活性材料，并加入草酸，真空搅拌0.5～1h后，加入剩余一半的正极活性材料，继续真空搅拌3～3.5h，制得初级混合浆料；
S3：将S2制得的初级混合浆料进行除泡15～30min，再进行粘度测试，加入溶剂并搅拌，将粘度调节至6000～12000mPa·S，制得正极混合浆料；
S4：将S3制得的正极混合浆料涂覆在铝箔集流体的两面，在3～5m/min的运行速度下，经过4段温度依次为115℃、120℃、120℃和115℃的3.5m长的烘烤箱进行烘烤后，收卷，制得最终的锂离子电池正极极片。
7.如权利要求6所述的锂离子电池正极极片的制备方法，其特征在于：所述S1中的粘结剂和溶剂混合后溶液的固含量为52％；所述S3中的正极混合浆料的固含量为48～54％。
8.如权利要求7所述的锂离子电池正极极片的制备方法，其特征在于：所述S1中的粘结剂为聚偏氟乙烯，所述S1中的溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
9.如权利要求8所述的锂离子电池正极极片的制备方法，其特征在于：所述S1中的导电剂为导电炭黑、碳纳米管、导电鳞片石墨及石墨烯中的一种或多种。
10.如权利要求9所述的锂离子电池正极极片的制备方法，其特征在于：所述S1中的正极活性材料为磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂及钴酸锂中的一种或多种。
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