CN110034300A - 一种耐低温的电池电极和制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电池材料领域，具体是涉及到一种耐低温的电池电极和制备方法，包括电极活性物质，还包括电极活性物质重量3‑10％的添加剂，所述添加剂包括隔热材料和导电材料，所述隔热材料为岩棉或石棉，所述隔热材料和导电材料的重量配比为100:(3‑5)，本发明的电池正负极的配方中添加导电材料以及岩棉或石棉，电极活性物质、导电材料以及岩棉或石棉结合，制成电池后，当电池处于低温下时，电芯内部的温度不会迅速冷却到外边环境温度，放电时，电芯内部产生的热量被保存在电芯内部，这样提高电池在低温的放电性能。
Description
技术领域
本发明属于电池材料领域，具体是涉及到一种耐低温的电池电极和制备方法。
背景技术
二次电池(如锂离子电池、镍镉电池、镍氢电池)具有能量密度高等特点，已广泛应用于各个行业，但各个领域对电池性能要求越来越高，在一些军工及极寒领域，需要电池能够零下50度使用，但现有电池到零下40℃基本无法使用，满足不了特殊领域的需要。
锂离子电池低温性能改善研究进展，顾月茹等，电化学，2018年10月，第24卷第5期，评述了影响电池的低温性能的因素，包括：1、低温下电解液的粘度增大，电导率降低；2、电解液/电极界面膜阻抗和电荷转移阻抗增大；3、锂离子在活性物质本体中的迁移速率降低。电池的主体材料为电池正负极以及电解液。为了改善电池低温性能，在电池正极材料中，包括如下方法，1、采用导电性优异的材料对活性物质本体进行表面包覆的方法提升正极材料界面的电导率，降低界面阻抗，同时减少正极材料和电解液的副反应，稳定材料结构。2、通过Mn、Al、Cr、Mg、F等元素对材料本体进行体相掺杂，增加材料的层间距来提高Li+在本体中的扩散速率，降低Li+的扩散阻抗，进而提升电池的低温性能。3、降低材料粒径，缩短Li+迁移路径。在负极材料中，主要通过负极表面处理、表面包覆、掺杂增大层间距、控制颗粒大小等途径进行低温性能的优化。
中国专利申请号为CN201410685264.5的专利公开了一种低温型锂离子二次电池，包含正电极、负电极和电解液，其特征在于，该正电极包括正极电活性物质、正极导电剂和正极粘结剂；该正极电活性物质为尖晶石型锰酸锂，正极导电剂为超导炭黑、Super-P、KS-6、VGCF或碳纳米管中的任意两种以上，正极粘结剂为聚偏二氟乙烯；所述的负电极包括负极电活性物质，负极导电剂和负极粘结剂；所述负极电活性物质为尖晶石钛酸锂，负极导电剂为超导炭黑、Super-P、VGCF或碳纳米管中的任意一种或几种，负极粘结剂为聚偏二氟乙烯；所述电解液的溶剂为二甲基碳酸酯、甲基乙基碳酸酯、二乙基碳酸酯、1,2-丙二醇碳酸酯和乙酸乙酯中的任意三种或多种，但至少含有1,2-丙二醇碳酸酯和乙酸乙酯，溶质为六氟磷酸锂，电解液的熔点小于-40℃，粘度小于3cP；所述尖晶石锰酸锂的一次颗粒粒径为5-20微米；所述尖晶石钛酸锂的一次颗粒粒径小于400纳米。其主要通过正负极活性材料的选择以及电解液的选择，得到低温性能好的电池。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种耐低温的电池电极和制备方法。
本发明的一种耐低温的电池电极，包括电极活性物质，还包括电极活性物质重量3-10％的添加剂，所述添加剂包括隔热材料和导电材料，所述隔热材料为岩棉或石棉，所述隔热材料和导电材料的重量配比为100:(3-5)。
优选的，所述添加剂为电极活性物质重量3-5％，更优选的，所述添加剂为电极活性物质重量5％。
优选的，所述导电材料为碳纳米管。
本发明还提供一种耐低温的电池电极的制备方法，包括制浆步骤，将电极活性物质和添加剂混合，所述添加剂为电极活性物质重量的3-10％，得到电极浆料；所述添加剂的制备方法为，将隔热材料、导电材料、水和有机溶剂按照重量比100:(3-5):(40-60):(1-5)混合，所述隔热材料为岩棉或石棉，研磨，使导电材料渗透进隔热材料中，取出烘干，得添加剂。
优选的，所述隔热材料、导电材料、水和有机溶剂的重量比为100:3:50:3；所述有机溶剂为聚乙烯醇。
本发明的有益效果是，本发明通过实验分析发现，当不添加添加剂，或者在添加剂中不放入隔热材料时，其在低温下的放电容量明显下降，产品达不到要求。当把玻璃纤维作为隔热材料使用时，电池的低温性能明显劣于岩棉或石棉的电池，说明岩棉或石棉在作为隔热材料使用在电极中时，其不仅仅起到隔热效果，应该和电极活性物质有机结合，大大加强了其低温性能。
本发明的电池正负极的配方中添加导电材料以及岩棉或石棉，电极活性物质、导电材料以及岩棉或石棉结合，制成电池后，当电池处于低温下时，电芯内部的温度不会迅速冷却到外边环境温度，放电时，电芯内部产生的热量被保存在电芯内部，这样提高电池在低温的放电性能。
具体实施方式
实施例1
一种耐低温的电池电极的制备方法，包括制浆步骤，将电极活性物质和添加剂混合，所述添加剂为电极活性物质重量的3％，得到电极浆料；所述添加剂的制备方法为，将隔热材料、导电材料、水和有机溶剂按照重量比100:3:50:3混合，所述隔热材料为岩棉，研磨，使导电材料渗透进隔热材料中，取出烘干，得添加剂。所述电池电极为锂离子电池正极和负极。
实施例2
实施例2和实施例1相比，所述添加剂为电极活性物质重量的5％，其他步骤同实施例1。
实施例3
实施例3和实施例1相比，所述添加剂为电极活性物质重量的7％，所述隔热材料为石棉，其他步骤同实施例1。
实施例4
实施例4和实施例1相比，所述添加剂为电极活性物质重量的10％，所述隔热材料、导电材料、水和有机溶剂的重量比为100:5:60:1，其他步骤同实施例1。
实施例5
一种耐低温的电池电极的制备方法，包括制浆步骤，将电极活性物质和添加剂混合，所述添加剂为电极活性物质重量的3％，得到电极浆料；所述添加剂的制备方法为，将隔热材料、导电材料、水和有机溶剂按照重量比100:3:50:3混合，所述隔热材料为岩棉，研磨，使导电材料渗透进隔热材料中，取出烘干，得添加剂。所述电池电极为镍氢电池正极和负极。
实施例6
实施例6和实施例5相比，所述添加剂为电极活性物质重量的5％，其他步骤同实施例5。
实施例7
实施例7和实施例5相比，所述添加剂为电极活性物质重量的7％，其他步骤同实施例5。
实施例8
实施例8和实施例5相比，所述添加剂为电极活性物质重量的10％，所述隔热材料、导电材料、水和有机溶剂的重量比为100:3:40:5，其他步骤同实施例5。
比较例1
比较例1和实施例1相比，正极、负极不添加任何添加剂，其他步骤同实施例1。
比较例2
比较例2和实施例5相比，正极、负极不添加任何添加剂，其他步骤同实施例5。
比较例3
比较例3和实施例1相比，所述添加剂的制备方法为，将导电材料、水和有机溶剂按照重量比3:50:3混合，研磨，取出烘干，得添加剂，其他步骤同实施例1。
比较例4
比较例4和实施例1相比，所述添加剂的制备方法为，将隔热材料、导电材料、水和有机溶剂按照重量比100:3:50:3混合，所述隔热材料为玻璃纤维，研磨，取出烘干，得添加剂，其他步骤同实施例1。
实验例1
将以上电池化成、分容，进行测试。
测试方法：
测试电池0.5C容量、内阻；将电池在-50℃下搁置24小时，0.5C放电到1.5V，记录放电容量。
得到表1的数据。
表1电池性能测试表
从以上数据可以看出：添加剂的添加量越多，低温性能越好，但容量会降低；电池正极、负极添加量在5％时，效果最佳，比例再增大时，低温性能稍微提高，但容量降低。
当只添加导电材料时，相比不添加任何添加剂的电池，虽然内阻有所减少，但是其在低温下的性能增长幅度不大，依然只有实施例1的一半，说明导电材料只能增强部分低温性能，幅度有限。
当添加隔热材料玻璃纤维时，发现其内阻增加明显，但是其低温性能基本没有太大增长，说明玻璃纤维和导电材料没有嵌入电极活性物质中，没有形成特殊的结构，致使其基本没有效果。
Claims (7)
1.一种耐低温的电池电极，包括电极活性物质，其特征是，还包括电极活性物质重量3-10％的添加剂，所述添加剂包括隔热材料和导电材料，所述隔热材料为岩棉或石棉，所述隔热材料和导电材料的重量配比为100:(3-5)。
2.如权利要求1所述的耐低温的电池电极，其特征是，所述添加剂为电极活性物质重量3-5％。
3.如权利要求1所述的耐低温的电池电极，其特征是，所述添加剂为电极活性物质重量5％。
4.如权利要求1所述的耐低温的电池电极，其特征是，所述导电材料为碳纳米管。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的耐低温的电池电极的制备方法，其特征是，包括制浆步骤，将电极活性物质和添加剂混合，所述添加剂为电极活性物质重量的3-10％，得到电极浆料；所述添加剂的制备方法为，将隔热材料、导电材料、水和有机溶剂按照重量比100:(3-5):(40-60):(1-5)混合，所述隔热材料为岩棉或石棉，研磨，使导电材料渗透进隔热材料中，取出烘干，得添加剂。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征是，所述隔热材料、导电材料、水和有机溶剂的重量比为100:3:50:3。
7.如权利要求5或6所述的制备方法，其特征是，所述有机溶剂为聚乙烯醇。
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| CN112259707B (zh) * | 2020-10-21 | 2021-07-27 | 成都新柯力化工科技有限公司 | 一种负载耐高温复合层的锂电池负极极片及制备方法 |
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