CN109192986A - 一种锂离子电池电芯材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锂离子电池领域，公开了一种锂离子电池电芯材料，包括正极、负极、电解液、隔板、外包，正极包括导电材料基体及导电涂层，制备导电涂层的原料包括如下质量份数组分：多壁碳纳米管1‑3份；石墨烯1‑3份；粘结剂10‑20份；溶剂5‑10份；镍钴锰酸锂10‑15份；锰酸锂10‑20份；钴酸锂10‑15份；以及任选存在的助剂。本发明还公开了其制备方法。

Description

一种锂离子电池电芯材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂电池领域，具体涉及一种锂离子电池电芯材料及其制备方法。
背景技术
聚合物锂离子电池是液态锂电池的更新换代产品，没有液态锂离子电池存在的爆炸的安全隐患，具有更高的能量密度；同时外形更灵活，方便，重量轻巧；产品性能均达到或超过液态锂离子的技术指标，更具有安全性，受到国内外电子厂商及设计公司的青睐。
1. 安全性能好
聚合物锂电池在结构上采用铝塑软包装，有别于其他电芯的金属外壳，一旦发生安全隐患，液态电芯容易爆炸，而聚合物电芯最多只会气胀。
2. 厚度小，能做的更薄
普通液态锂电池采用先定制外壳，后塞正负极材料的方法，厚度做到3.6mm以下，存在技术瓶颈，聚合物电芯部存在这一问题，厚度可做到1mm以下，符合时下手机需求的方向。
3. 重量轻
聚合物电池重量较同等容量规格的钢壳锂电池轻40%，较铝壳电池轻20%。
4. 容量大
聚合物电池同等尺寸规格的钢壳电池容量高10-15%,较铝壳电池高5-10%，成为彩屏手机及彩信手机的首选，现在市面上新出的彩屏和彩屏手机也大多采用聚合物电芯。
5. 内阻小
聚合物电芯的内阻较一般液态电芯小，目前聚合物的电芯内阻甚至可做到35mΩ以下，极大的减低了电池的自耗电，延长手机的待机时间，完全可以达到与国际接轨水平这种支持大放电电流的聚合物锂电更是遥控模型的理想选择，成为最有希望替代镍氢电池的产品。
6. 形状可定制
聚合物电池可根据客户的需求增加或减少电芯厚度，开发新的电芯型号，价格便宜，开模周期短，有的甚至可以根据手机形状量身定做，以充分利用电池外壳空间，提升电池容量。
7. 放电特性佳
聚合物电池采用胶体电解质，相比液态电解质交替电解质具有平稳的放电性和更高的放电平台。
8. 保护板设计简单
由于采用聚合物材料，电芯不起火，不爆炸，电信本身具有足够的安全性，因此聚合物电池的保护线路设计科考虑省略ptc和保险丝，从而节约电池成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种的锂离子电池电芯材料。
本发明的技术方案如下;
一种锂离子电池电芯材料，包括正极、负极、电解液、隔板、外包，正极包括导电材料基体及导电涂层，制备导电涂层的原料包括如下质量份数组分：
多壁碳纳米管1-3份；
石墨烯1-3份；
粘结剂10-20份；
溶剂5-10份；
镍钴锰酸锂10-15份；
锰酸锂10-20份；
钴酸锂10-15份；
以及任选存在的助剂。
进一步的，粘结剂包括偏氟乙烯、羟甲基纤维素。
进一步的，溶剂包括NMP（N-甲基吡咯烷酮）。
进一步的，助剂包括分散剂、消泡剂、增稠剂。
进一步的，分散剂包括饱和脂肪酸改性丙烯酸酯、NVP（N-乙烯基吡咯烷酮）、α,β-乙烯基不饱和酸中的至少一种。
进一步的，消泡剂包括聚二甲基硅氧烷、聚醚消泡剂或聚醚改性硅油消泡剂中的至少一种。
进一步的，增稠剂包括海藻酸钠、聚乙烯醇中的至少一种。
一种锂离子电池电芯材料的制备方法，包括如下步骤：
a.电池正极的制备，将制备导电涂层的原料混合搅拌均匀后涂于导电材料基体上形成涂层，并进行烘干、辊制和剪片；通过同样方式制备电池负极；
b.卷制，先通过隔膜分别对第一步制好的正极和负极进行卷制，接着将完成卷制的正极和负极卷制成一电芯体；
c.包装，将b步骤所得的电芯体放入外包装内，并进行点胶密封处理和内阻测量；
d.进行预充活化。
本发明的锂离子电池电芯材料采用多壁碳纳米管和石墨烯搭配代替常规的石墨作为导电剂，进一步提升了导电涂层的导电性能，多壁碳纳米管和石墨烯不同的几何结构更利于均匀地分散与涂层中，便于涂层的成膜和提升涂层的机械性能。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明锂离子电池电芯材料作进一步详细描述。
实施例所用的原料均为常规市售产品，导电材料基体为铜箔。
实施例1
一种锂离子电池电芯材料，包括正极、负极、电解液、隔板、外包，正极包括导电材料基体及导电涂层，制备导电涂层的原料包括如下质量份数组分：
多壁碳纳米管1g；
石墨烯3g；
偏氟乙烯15g；
羟甲基纤维素5g；
NMP5g；
镍钴锰酸锂12g；
锰酸锂17g；
钴酸锂11g；
饱和脂肪酸改性丙烯酸酯0.1g；
NVP0.3g；
α,β-乙烯基不饱和酸0.1g；
聚二甲基硅氧烷0.3g；
海藻酸钠0.5g。
实施例2
一种锂离子电池电芯材料，包括正极、负极、电解液、隔板、外包，正极包括导电材料基体及导电涂层，制备导电涂层的原料包括如下质量份数组分：
多壁碳纳米管1g；
石墨烯3g；
偏氟乙烯15g；
羟甲基纤维素5g；
NMP5g；
镍钴锰酸锂12g；
锰酸锂17g；
钴酸锂11g；
饱和脂肪酸改性丙烯酸酯0.1g；
NVP0.3g；
α,β-乙烯基不饱和酸0.1g；
聚二甲基硅氧烷0.3g；
海藻酸钠0.5g。
实施例3
一种锂离子电池电芯材料，包括正极、负极、电解液、隔板、外包，正极包括导电材料基体及导电涂层，制备导电涂层的原料包括如下质量份数组分：
多壁碳纳米管1g；
石墨烯3g；
偏氟乙烯15g；
羟甲基纤维素5g；
NMP5g；
镍钴锰酸锂12g；
锰酸锂17g；
钴酸锂11g；
饱和脂肪酸改性丙烯酸酯0.1g；
NVP0.3g；
α,β-乙烯基不饱和酸0.1g；
聚二甲基硅氧烷0.3g；
海藻酸钠0.5g。
对比例1
一种锂离子电池电芯材料，包括正极、负极、电解液、隔板、外包，正极包括导电材料基体及导电涂层，制备导电涂层的原料包括如下质量份数组分：
石墨3g；
偏氟乙烯15g；
羟甲基纤维素5g；
NMP5g；
镍钴锰酸锂12g；
锰酸锂17g；
钴酸锂11g；
饱和脂肪酸改性丙烯酸酯0.1g；
NVP0.3g；
α,β-乙烯基不饱和酸0.1g；
聚二甲基硅氧烷0.3g；
海藻酸钠0.5g。
对比例2
一种锂离子电池电芯材料，包括正极、负极、电解液、隔板、外包，正极包括导电材料基体及导电涂层，制备导电涂层的原料包括如下质量份数组分：
石墨2.5g；
偏氟乙烯15g；
羟甲基纤维素5g；
NMP5g；
镍钴锰酸锂12g；
锰酸锂17g；
钴酸锂11g；
饱和脂肪酸改性丙烯酸酯0.1g；
NVP0.3g；
α,β-乙烯基不饱和酸0.1g；
聚二甲基硅氧烷0.3g；
海藻酸钠0.5g。
对比例3
一种锂离子电池电芯材料，包括正极、负极、电解液、隔板、外包，正极包括导电材料基体及导电涂层，制备导电涂层的原料包括如下质量份数组分：
石墨5g；
羟甲基纤维素5g；
NMP5g；
镍钴锰酸锂12g；
锰酸锂17g；
钴酸锂11g；
饱和脂肪酸改性丙烯酸酯0.1g；
NVP0.3g；
α,β-乙烯基不饱和酸0.1g；
聚二甲基硅氧烷0.3g；
海藻酸钠0.5g。
实施例1-3及对比例1-3的电芯材料的制备方法：
a.电池正极的制备，将制备导电涂层的原料混合搅拌均匀后涂于导电材料基体上形成涂层，并进行烘干、辊制和剪片；通过同样方式制备电池负极；
b.卷制，先通过隔膜分别对第一步制好的正极和负极进行卷制，接着将完成卷制的正极和负极卷制成一电芯体；
c.包装，将b步骤所得的电芯体放入外包装内，并进行点胶密封处理和内阻测量；
d.进行预充活化。
为了进一步说明本发明，对实施例1-3的及对比例1-3的电芯进行测试。所用的负极材料为石墨：乙炔黑：PTFE。比例为本领域常规比例。
循环倍率放电性能测试（电压2.5-3.65V）；
内阻及克容量发挥测试。
测试结果如下：
综合看出实施例1-3的电芯材料具有更好的导电性能，在测试中表现较好。
虽然对本发明的描述是结合以上具体实施例进行的，但是，熟悉本技术领域的人员能够根据上述的内容进行许多替换、修改和变化、是显而易见的。因此，所有这样的替代、改进和变化都包括在附后的权利要求的精神和范围内。

Claims (8)

1.一种锂离子电池电芯材料，包括正极、负极、电解液、隔板、外包，其特征在于，所述的正极包括导电材料基体及导电涂层，制备导电涂层的原料包括如下质量份数组分：
多壁碳纳米管1-3份；
石墨烯1-3份；
粘结剂10-20份；
溶剂5-10份；
镍钴锰酸锂10-15份；
锰酸锂10-20份；
钴酸锂10-15份；
以及任选存在的助剂。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池电芯材料，其特征在于，所述的粘结剂包括偏氟乙烯、羟甲基纤维素。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池电芯材料，其特征在于，所述的溶剂包括NMP。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池电芯材料，其特征在于，所述的助剂包括分散剂、消泡剂、增稠剂。
5.根据权利要求4所述的锂离子电池电芯材料，其特征在于，所述的分散剂包括饱和脂肪酸改性丙烯酸酯、NVP、α,β-乙烯基不饱和酸中的至少一种。
6.根据权利要求4所述的锂离子电池电芯材料，其特征在于，所述的消泡剂包括聚二甲基硅氧烷、聚醚消泡剂或聚醚改性硅油消泡剂中的至少一种。
7.根据权利要求4所述的锂离子电池电芯材料，其特征在于，所述的增稠剂包括海藻酸钠、聚乙烯醇中的至少一种。
8.一种权利要求1-7任意一项所述的锂离子电池电芯材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.电池正极的制备，将制备导电涂层的原料混合搅拌均匀后涂于导电材料基体上形成涂层，并进行烘干、辊制和剪片；通过同样方式制备电池负极；
b.卷制，先通过隔膜分别对第一步制好的正极和负极进行卷制，接着将完成卷制的正极和负极卷制成一电芯体；
c.包装，将b步骤所得的电芯体放入外包装内，并进行点胶密封处理和内阻测量；
d.进行预充活化。
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