CN109860562A

CN109860562A - 一种电极浆料、柔性极片及其制备方法、柔性电池

Info

Publication number: CN109860562A
Application number: CN201910115619.XA
Authority: CN
Inventors: 吴迪; 解明
Original assignee: Soft Power (wuhan) Technology Co Ltd
Current assignee: Soft Power (wuhan) Technology Co Ltd
Priority date: 2019-02-15
Filing date: 2019-02-15
Publication date: 2019-06-07

Abstract

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种电极浆料，包括按照质量百分比计的如下组分：活性物质39～89%、导电剂0.5～20%、粘结剂不大于6%、有机硅胶0.5～50%、溶剂10～50%。本发明还提供一种柔性极片制备方法，先将溶剂和有机硅胶混合，高速分散；再加粘结剂高速分散，然后加导电剂高速分散，最后加活性物质高速分散，形成粘稠的电极浆料；2）将电极浆料均匀的涂布在金属箔材或金属网材上，干燥。本发明还提供一种采用上述的制备方法制成的柔性极片。本发明还提供一种柔性电池，其负极片和正极片均采用上述的制备方法制备而成。本发明通过在电极浆料中添加有机硅胶，在保证极片机械性能的同时，提高柔性和可弯曲性能，使得电池反复弯曲不会折断。

Description

一种电极浆料、柔性极片及其制备方法、柔性电池

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种电极浆料、柔性极片及其制备方法、柔性电池。

背景技术

锂离子电池是一种能量密度高、可靠性高、加工性能好和环保性能优良的二次电池，已被广泛应用于各类便携式电子设备中。锂离子电池包括内部电芯、外部包装膜以及负责锂离子传输的电解液，内部电芯为锂离子电池的能量承载体，是由正极极片、负极极片以及用于隔离正极极片和负极极片的隔膜通过叠片或者卷绕的方式组装而成，正负极极片又各自包含活性成分层以及集流体，外层用铝塑膜包装。正极集流体一般选用铝箔，主要在于其耐高电压下的氧化反应；负极集流体一般选用铜箔，主要在于其耐低电压下的还原反应。

随着电子设备的发展，一些电子产品还需要电池具备特殊的属性，如柔性耐弯曲。现有的柔性电池的极片都是将浆料涂布在金属集流体表面，浆料中通常采用纤维作为支撑，纤维交织来增强极片的机械性能，同时束缚电极颗粒防止电池在弯曲过程中发生掉粉现象；但是这种极片的柔性差，反复弯曲易折断。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种电极浆料、柔性极片及其制备方法、柔性电池，以解决现有锂电池极片弯曲性能差、反复弯曲易折断的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案为一种电极浆料，包括按照质量百分比计的如下组分：活性物质39～89%、导电剂0.5～20%、粘结剂不大于6%、有机硅胶0.5～50%、溶剂10～50%。。

进一步地，所述活性物质为钴酸锂、锰酸锂、钛酸锂、钒酸锂、磷酸铁锂、二元材料、三元材料、天然石墨、人造石墨、硅碳、活性炭中的至少一种；所述导电剂包括石墨烯、碳纳米管、SP、KS-6中的至少一种；所述粘结剂包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、LA132、LA133中的至少一种；所述溶剂为水、正己烷、乙醇、乙二醇、N-甲基吡咯烷酮、异丙醇中的至少一种。

进一步地，所述电极浆料的固含量为50-90%，粘度为2000-20000cp。

优选的，所述电极浆料包括按照质量百分比计的如下组分：活性物质77～85%、导电剂3～10%、粘结剂不大于3%、有机硅胶2～10%、溶剂10～15%。

本发明还提供一种柔性极片制备方法，包括如下步骤：

1）首先将溶剂和有机硅胶混合，高速分散；再加入粘结剂高速分散，然后加入导电剂高速分散，最后加入活性物质高速分散，形成粘稠的电极浆料；

2）将所制得的电极浆料均匀的涂布在金属箔材或金属网材上，干燥后得到柔性极片。

进一步地，步骤1）中高速分散的转速为1000～50000r/min，高速分散的时间为0.5～24h。

本发明还提供一种采用上述的制备方法制成的柔性极片。

本发明还提供一种柔性电池，包括电芯，所述电芯包括负极片、正极片以及置于负极片和正极片之间的隔膜，所述负极片和所述正极片均采用上述的制备方法制备而成。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明的采用活性物质、导电剂、粘结剂、有机硅胶和溶剂制备电极浆料、柔性极片和柔性电池，有机硅胶分子以硅氧键(-Si-O-Si-)为骨架，形成四维网状结构，相对于纳米纤维或纳米纤维素的三维结构，能更好的为活性物提供支撑，在保证极片机械性能的同时，能够提高极片的柔性和可弯曲性能，使得电池反复弯曲不会折断；

（2）本发明电极浆料中加入的有机硅胶，由于有机硅胶的表面张力弱，表面能小，因此，能够更好的消除粘稠的电极浆料中的气泡，提高电极表面的平滑度；

（3）由于有机硅胶具有极强的化学稳定性，不会参与锂离子电池的内部反应，不影响锂电池的正常充放电。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的技术方案为一种电极浆料，包括按照质量百分比计的如下组分：活性物质39～89%、导电剂0.5～20%、粘结剂不大于6%、有机硅胶0.5～50%、溶剂10～50%。本发明在电极浆料中加入了有机硅胶，有机硅胶具有较强的机械性能和柔性，使得制备的电极具有柔性和可弯曲性能，反复弯曲不会折断；同时，有机硅胶的表面张力弱，表面能小，能够更好的消除粘稠浆料中的气泡，提高电极表面的平滑度；此外，有机硅胶还具有极强的化学稳定性，不会参与锂电池的内部反应，不影响锂电池的正常充放电。

进一步地，所述活性物质为钴酸锂、锰酸锂、钛酸锂、钒酸锂、磷酸铁锂、二元材料、三元材料、天然石墨、人造石墨、硅碳、活性炭中的至少一种；在制备正极浆料时可采用钴酸锂、锰酸锂、钒酸锂、磷酸铁锂、二元材料、三元材料中的至少一种作为正极活性物质；在制备负极浆料时可采用天然石墨、人造石墨、硅碳、钛酸锂、活性炭中的至少一种作为负极活性物质；

所述导电剂包括石墨烯、碳纳米管、SP、KS-6中的至少一种；在制备正极浆料和负极浆料时都可采用石墨烯、碳纳米管、SP、KS-6中的至少一种作为导电剂；

所述粘结剂包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、LA132、LA133中的至少一种；在制备正极浆料和负极浆料时都可采用聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、LA132、LA133中的至少一种作为粘结剂；

所述溶剂为水、正己烷、乙醇、乙二醇、N-甲基吡咯烷酮、异丙醇中的至少一种。在制备正极浆料和负极浆料时都可采用水、正己烷、乙醇、乙二醇、N～甲基吡咯烷酮、异丙醇中的任意一种作为溶剂；

优选的，所述电极浆料按照质量百分比计的如下组分：活性物质77～85%、导电剂3～10%、粘结剂不大于3%、有机硅胶2～10%、溶剂10～15%。

本发明还提供一种柔性极片制备方法，包括如下步骤：

进一步地，步骤1）中的电极浆料中各组分的百分含量为：活性物质39～89%、导电剂0.5～20%、粘结剂不大于6%、有机硅胶0.5～50%、溶剂10～50%。

本发明还提供一种采用上述的制备方法制成的柔性极片。

本发明还提供一种柔性电池，包括电芯，所述电芯包括负极片、正极片以及置于负极片和正极片之间的隔膜，所述负极片和所述正极片均采用上述的制备方法制备而成。本实施中电芯是由负极片、正极片以及置于负极片和正极片之间的隔膜采用叠片或者卷绕的方式组装而成。

实施例一

本实施例提供一种负极浆料，包括按照质量百分比计的如下组分：天然石墨39%、石墨烯2%、羧甲基纤维素钠3%、有机硅胶15%、水41%。

本发明还提供一种柔性负极片制备方法，包括如下步骤：

1）首先将水和有机硅胶混合，在20000r/min下分散5h；再加入羧甲基纤维素钠，在3000r/min下分散0.5h；然后加入石墨烯，在10000r/min下分散2h；最后加入天然石墨，在5000r/min下分散10h，形成负极浆料；负极浆料的粘度为10000cp，固含量59%；其中负极浆料中各组分的百分含量为：天然石墨39%、石墨烯2%、羧甲基纤维素钠3%、有机硅胶15%、水41%。

2）将所制得的负极浆料均匀的涂布在金属箔材或金属网材上，干燥后得到柔性负极片。

实施例二

本实施例提供一种正极浆料，包括按照质量百分比计的如下组分：钴酸锂77%、碳纳米管0.5%、聚四氟乙烯1%、有机硅胶0.5%、N-甲基吡咯烷酮21%。

本发明还提供一种柔性正极片制备方法，包括如下步骤：

1）首先将乙醇和有机硅胶混合，在20000r/min下分散5h；再加入聚四氟乙烯，在3000r/min下分散0.5h；然后加入石墨烯，在10000r/min下分散2h；最后加入钴酸锂，在5000r/min下分散10h，形成正极浆料；正极浆料中各组分的百分含量为：钴酸锂77%、碳纳米管0.5%、聚四氟乙烯1%、有机硅胶0.5%、N-甲基吡咯烷酮21%；正极浆料的粘度为20000cp，固含量79%；

2）将所制得的正极浆料均匀的涂布在金属箔材或金属网材上，干燥后得到柔性正极片。

实施例三

本实施例提供一种负极浆料，包括按照质量百分比计的如下组分：人造石墨45%、SP1%、羧甲基纤维素钠1%、丁苯橡胶1%，有机硅胶2%、异丙醇50%。

本发明还提供一种柔性负极片制备方法，包括如下步骤：

1）首先将水和有机硅胶混合，在10000r/min下分散2h；再加入丁苯橡胶和羧甲基纤维素钠，在5000r/min下分散1h；然后加入SP，在5000r/min下分散1h；最后加入人造石墨，在3000r/min下分散5h，形成负极浆料；负极浆料中各组分的百分含量为：人造石墨45%、SP1%、羧甲基纤维素钠1%、丁苯橡胶1%，有机硅胶2%、异丙醇50%；负极浆料的粘度为6000cp，固含量50%；

实施例四

本实施例提供一种正极浆料，包括按照质量百分比计的如下组分：锰酸锂40%、石墨烯1%、SP2%、LA133 3%、有机硅胶10%、水44%。

本发明还提供一种柔性正极片制备方法，包括如下步骤：

1）首先将水和有机硅胶混合，在10000r/min下分散5h；再加入LA133，在5000r/min下分散0.5h；然后加入石墨烯和SP，在5000r/min下分散2h；最后加入锰酸锂，在3000r/min下分散10h，形成正极浆料；正极浆料中各组分的百分含量为：锰酸锂40%、石墨烯1%、SP2%、LA1333%、有机硅胶10%、水44%；正极浆料的粘度为8000cp，固含量56%；

实施例五

本实施例还提供一种柔性电池，包括电芯，所述电芯是由负极片、正极片以及置于负极片和正极片之间的隔膜采用叠片或者卷绕的方式组装而成，所述负极片为采用实施例一或实施例三提供的制备方法制备的柔性负极片，所述正极片为采用实施例二或实施例四提供的制备方法制备的柔性正极片。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种电极浆料，其特征在于，包括按照质量百分比计的如下组分：活性物质39～89%、导电剂0.5～20%、粘结剂不大于6%、有机硅胶0.5～50%、溶剂10～50%。

2.如权利要求1所述的一种电极浆料，其特征在于：所述活性物质为钴酸锂、锰酸锂、钛酸锂、钒酸锂、磷酸铁锂、二元材料、三元材料、天然石墨、人造石墨、硅碳、活性炭中的至少一种；所述导电剂包括石墨烯、碳纳米管、SP、KS-6中的至少一种；所述粘结剂包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、LA132、LA133中的至少一种；所述溶剂为水、正己烷、乙醇、乙二醇、N-甲基吡咯烷酮、异丙醇中的至少一种。

3.如权利要求1所述的一种电极浆料，其特征在于：所述电极浆料的固含量为50-90%，粘度为2000-20000cp。

4.如权利要求1所述的一种电极浆料，其特征在于，包括按照质量百分比计的如下组分：活性物质77～85%、导电剂3～10%、粘结剂不大于3%、有机硅胶2～10%、溶剂10～15%。

5.一种柔性极片制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

6.如权利要求5所述的一种柔性极片制备方法，其特征在于：步骤1）中高速分散的转速为1000～50000r/min，高速分散的时间为0.5～24h。

7.一种采用如权利要求5所述的制备方法制成的柔性极片。

8.一种柔性电池，包括电芯，所述电芯包括负极片、正极片以及置于负极片和正极片之间的隔膜，其特征在于：所述负极片和所述正极片均采用如权利要求5所述的制备方法制备而成。