CN109524670A - 一种二次电池正极浆料、正极极片和二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及一种二次电池正极浆料、正极极片和二次电池，其中二次电池正极浆料包括：正极活性物质、导电剂和复合炭黑导电粘结剂；在所述二次电池正极浆料中，所述正极活性物质：导电剂：复合炭黑导电粘结剂的质量比为[96～98]：[1.5～2.5]：[0.5～1.5]；所述复合炭黑导电粘结剂由导电物质、丙烯酸酯橡胶和聚偏氟乙烯PVDF分散于N‑甲基吡咯烷酮NMP中制成；所述导电物质包括导电石墨；在所述复合炭黑导电粘结剂中，导电物质、丙烯酸酯橡胶和PVDF的质量比为：[60～65]：[23～27]：[10～15]。

Description

一种二次电池正极浆料、正极极片和二次电池
技术领域
本发明涉及二次电池技术领域，尤其涉及一种二次电池正极浆料、正极极片和二次电池。
背景技术
锂离子电池具有高能量密度、高功率密度、高电压、高安全性能和长循环性能等优点，被广泛应用在电动汽车上。但随着电动汽车的大规模应用，锂的需求量必然增加。而锂资源的储量有限，并且在地球上的分布不均匀，如果继续选择锂离子电池作为大规模储能器件，必然会增加电网的成本。众所周知，金属钠元素在地壳中储量相对丰富(地壳中钠含量约为2.75％，而锂含量约为0.065‰)且分布区域广泛(钠分布于全球各地，而约70％的锂却集中分布在南美洲地区)。钠与锂二者同属于碱金属元素，钠原子与锂原子具有非常类似的物理化学性质且脱/嵌机制类似，最重要的是钠资源非常丰富且分布广泛，因此二次电池的研究与开发有望在一定程度上缓解由于锂资源短缺而引发的储能电池发展受限问题，所以发展二次电池技术对于新能源领域具有非常重要的意义。
当然，除了资源丰富易得、成本低廉、分布广泛的优势之外，在电池体系中钠不会与铝发生电化学合金化反应，因此二次电池还可以采用铝箔作为负极集流体(替代锂离子电池体系中铜箔集流体)，这样可以有效避免过放电引起的集流体氧化问题，既有利于电池的安全，又达到了进一步降低电池成本的目的。另外一方面，钠离子二次电池在性能上虽然满足不了电动汽车，但是以其资源丰富，价格便宜，并可以在1C倍率下充放电等性能，完全可以满足低速电动车的使用需求。所以二次电池在大规模储能系统，可移动式充电桩和低速电动车这三个方面具有极大的生存和发展空间。
现有钠电池技术中，正极粘结剂的使用对于钠电池的整体性能也有着显著影响，如何通过改进正极粘结剂来进一步降低产品内阻，改善循环性能，是本发明着重解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种低成本、绿色环保的二次电池正极浆料、正极极片和二次电池，正极浆料中所用添加剂具有优异的粘结性能，可达到减少钠电池正极粘结剂使用量，增加活性物质，降低产品内阻，改善循环的目的。
为实现上述目的，本发明提供了一种二次电池正极浆料，包括：正极活性物质、导电剂和复合炭黑导电粘结剂；
在所述二次电池正极浆料中，所述正极活性物质：导电剂：复合炭黑导电粘结剂的质量比为[96～98]：[1.5～2.5]：[0.5～1.5]；
所述复合炭黑导电粘结剂由导电物质、丙烯酸酯橡胶和聚偏氟乙烯PVDF分散于N-甲基吡咯烷酮NMP中制成；所述导电物质包括导电石墨；
在所述复合炭黑导电粘结剂中，导电物质、丙烯酸酯橡胶和PVDF的质量比为：[60～65]：[23～27]：[10～15]。
优选的，所述导电物质还包括：碳黑和/或乙炔黑。
优选的，所述导电剂包括：碳黑和/或乙炔黑。
优选的，所述二次电池正极浆料的粘度范围为1500mpas～8000mpas，颗粒度范围为D50<18um。
第二方面，本发明实施例提供了一种正极极片，包括上述第一方面所述的二次电池正极浆料。
第三方面，本发明实施例提供了一种二次电池，包括上述第二方面所述的二次电池正极浆料。
本发明实施例提供的二次电池正极浆料，是一种低成本、绿色环保的材料。正极浆料中所加入的丙烯酸酯橡胶具有优异的粘结性能，可达到减少钠电池正极粘结剂使用量，增加活性物质，降低产品内阻，改善循环的目的。同时采用本发明提供的二次电池正浆料，制作的电池各项性能参数如首次效率、循环寿命等均表现优异。
附图说明
图1为本发明实施例提供的实施例1与对比例的电池充放电循环性能的对比示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
本发明实施例提供了一种二次电池正极浆料，正极活性物质、导电剂和复合炭黑导电粘结剂；
在二次电池正极浆料中，正极活性物质：导电剂：复合炭黑导电粘结剂的质量比为[96～98]：[1.5～2.5]：[0.5～1.5]。其中，导电剂具体包括：碳黑和/或乙炔黑。
二次电池正极浆料中，复合炭黑导电粘结剂由导电物质、丙烯酸酯橡胶和聚偏氟乙烯(PVDF)分散于N-甲基吡咯烷酮(NMP)中制成；导电物质至少包括导电石墨，还可以包括：碳黑和/或乙炔黑。
在复合炭黑导电粘结剂中，导电物质、丙烯酸酯橡胶和PVDF的质量比为：[60～65]：[23～27]：[10～15]。
本发明的二次电池正极浆料的粘度范围为1500mpas～8000mpas，颗粒度范围为D50<18um。
下面以具体实施例1说明本发明的二次电池正极浆料的制备过程及将其应用在钠离子电池上的性能效果。
正极极片的制备：将导电物质、丙烯酸酯橡胶、PVDF根据材料配比范围选择所需比例的材料，分散于NMP中，制作成复合炭黑导电粘结剂。本例中所选导电物质为导电石墨。
然后将所需重量份的复合炭黑导电粘结剂、碳黑导电剂和所需重量份的正极活性物质Na[Cu1/3Fe1/3Mn1/3]O2放入高速真空搅拌机中，以100rmp的速度搅拌60分钟。混合搅拌均匀后加入到高速真空搅拌机中，进行真空搅拌，搅拌速度为200rmp，搅拌时间为120分钟。将搅拌完成后的浆料通过转移涂布的方式涂覆到16微米厚的铝箔上，通过烘箱烘干。然后将涂覆的铝箔通过精轧机进行整形辊扎，经分切除粉点焊极耳后制成正极极片。制得的正极极片的涂覆浆料中正极活性物质占97.0wt％，导电剂占1.5wt％，导电物质占0.9wt％，丙烯酸酯橡胶占0.375wt％，PVDF占0.225wt％。
负极极片的电池制备：将所需份量的羧甲基纤维素(CMC)分散于去离子水中制作成胶料。然后将所需重量份的导电剂和所需重量份的负极活性材料放入高速真空搅拌机中，以100rmp的速度搅拌60分钟，混合搅拌均匀后加入到高速真空搅拌机中，进行真空搅拌，搅拌速度为200rmp，搅拌时间为120分钟。完成后加入丁苯胶(SBR)慢速搅拌，以20rmp搅拌30分钟。将搅拌完成后的浆料通过转移涂布的方式涂覆到16微米厚的铝箔上，通过烘箱烘干。然后将涂覆的铝箔通过精轧机进行整形辊扎，经分切除粉点焊极耳后制成负极极片。
通过卷绕制作成电芯，然后按照传统工艺进行电池加工。
我们采用同样的方法，利用正极活性物质Na[Cu1/3Fe1/3Mn1/3]O2、导电剂和PDVF粘结剂作为本发明实施例1的对比例1。其中，正极活性物质Na[Cu1/3Fe1/3Mn1/3]O2占97wt％、炭黑导电剂占1.5wt％、PDVF粘结剂占1.5％。采用同样方法加工成电池。
性能测试方法如下：
1)放电容量测试
在25℃条件下，对实施例1和对比例1的电池分别以恒流充电方式进行充电，限制电流为0.2C(100mA)，终止电压为4.0伏，再4.0伏恒压充电至0.05C(50mA)；然后再以恒流放电方式进行放电，放电电流为0.2C(200mA)，放电的截止电压为1.5伏，得到电池在室温下，以0.2C电流放电至1.5伏的首次放电容量。
2)循环性能测试
在25℃条件下，将上述两种电池分别以0.2C电流充电至4.0伏，然后搁置5分钟；电池以0.2C电流放电至1.5伏，搁置5分钟。重复以上步骤100次，得到电池100次循环后0.2C电流放电至1.5伏的容量，由下式计算循环前后容量维持率：容量维持率＝(第100次循环放电容量/首次循环放电容量)×100％
测试结果如图1所示。可以看到采用本发明正极浆料的电池，循环性能更加优异。
本发明实施例提供的二次电池正极浆料，是一种低成本、绿色环保的材料。正极浆料中所用添加剂(丙烯酸酯橡胶)具有优异的粘结性能，可达到减少钠电池正极粘结剂使用量，增加活性物质，降低产品内阻，改善循环的目的。同时采用本发明提供的二次电池正浆料，制作的电池各项性能参数如首次效率、循环寿命等均表现优异。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种二次电池正极浆料，其特征在于，一种二次电池正极浆料，包括：正极活性物质、导电剂和复合炭黑导电粘结剂；
在所述二次电池正极浆料中，所述正极活性物质：导电剂：复合炭黑导电粘结剂的质量比为[96～98]：[1.5～2.5]：[0.5～1.5]；
所述复合炭黑导电粘结剂由导电物质、丙烯酸酯橡胶和聚偏氟乙烯PVDF分散于N-甲基吡咯烷酮NMP中制成；所述导电物质包括导电石墨；
在所述复合炭黑导电粘结剂中，导电物质、丙烯酸酯橡胶和PVDF的质量比为：[60～65]：[23～27]：[10～15]。
2.根据权利要求1所述的二次电池正极浆料，其特征在于，所述导电物质还包括：碳黑和/或乙炔黑。
3.根据权利要求1所述的二次电池正极浆料，其特征在于，所述导电剂包括：碳黑和/或乙炔黑。
4.根据权利要求1所述的二次电池正极浆料，其特征在于，所述二次电池正极浆料的粘度范围为1500mpas～8000mpas，颗粒度范围为D50<18um。
5.一种正极极片，其特征在于，所述正极极片包括上述权利要求1-4任一所述的二次电池正极浆料。
6.一种二次电池，其特征在于，所述二次电池包括上述权利要求5所述的正极极片。
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