CN110311134A - 一种铝离子电池极片及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝离子电池极片,包括正极集流体和涂覆在正极集流体表面电极材料层,电极材料层包括依次逐层涂覆在正极集流体上的基础层、过渡层和保护层;基础层为石墨烯粉体、分散剂、粘结剂的混合浆料;过渡层为石墨烯粉体、碳纤维、导电剂、粘结剂的混合浆料;保护层为碳纤维、导电剂、粘结剂的混合浆料。上述电池极片的制作方法:步骤1,在正极集流片上涂覆基础层混合浆料,在50~60℃温度条件下烘烤;步骤2,在步骤1完成之后,继续涂覆过渡层混合浆料,在80~90℃温度条件下烘烤;步骤3,在步骤2完成之后,继续涂覆保护层混合浆料,在110~120℃温度条件下烘干。本发明在保障电池的电化学性能同时,可有效地改善电池的安全性能。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域,具体涉及一种铝离子电池极片及制作方法。
背景技术
铝离子电池是一种新型的二次电池产品,以铝为负极,以石墨等材料为正极。产品中不包含锂离子以及其它容易燃烧的金属。安全性能好,并且可以在短时间内充满电,循环7500次后几乎无衰减,是一种性能优良的新型二次电池。铝离子电池极片的结构稳定性对于电池结构性能、电化学性能及电池本身的安全性能具有很大的影响,电池充放电效率、电池容量及循环寿命具有重要的影响作用。
发明内容
本发明提供了一种铝离子电池极片及制作方法,能够有效保障电池极片的结构稳定性,利于提高电池充放电效率及循环寿命等电池的电化学性能,有效地改善电池的安全性能。
本发明通过下述技术方案实现:
一种铝离子电池极片,包括正极集流体和涂覆在正极集流体表面电极材料层,所述电极材料层包括依次逐层涂覆在正极集流体上的基础层、过渡层和保护层;
所述基础层为石墨烯粉体、分散剂、粘结剂的混合浆料;
所述过渡层为石墨烯粉体、碳纤维、导电剂、粘结剂的混合浆料;
所述保护层为碳纤维、导电剂、粘结剂的混合浆料。
进一步地,所述基础层的厚度为2~3μm,所述过渡层的厚度为18~20μm,所述保护层的厚度为4~6μm。
进一步地,所述基础层中,分散剂采用N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮和乙醇的混合溶液,粘结剂采用、羧甲基纤维素钠;所述石墨烯粉体、分散剂、粘结剂三者的质量配比依次为10:0.2:0.5。
进一步地,所述分散剂中,N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮和乙醇三者的质量配比依次为1:7:3。
进一步地,所述过渡层中,导电剂采用CNT,粘结剂采用为聚偏氟乙烯;石墨烯粉体和碳纤维两者总质量、导电剂的质量、粘结剂的质量三者配比依次为85:0.6:2.0。
进一步地,所述将石墨烯粉体、碳纤维粉体和酚醛树脂粉体加入聚乙二醇和环糊精的混合溶液中,通过超声分散制成溶胶;然后升温至450~520℃温度条件下干燥,获得混合物料;将所述混合物料超微粉碎后与导电剂、粘结剂混合获得混合浆料。
进一步地,所述石墨烯粉体、碳纤维粉体和酚醛树脂粉体三者的质量配比依次为40:55:12,所述聚乙二醇和环糊精的质量配比为1:8。
进一步地,所述保护层中,导电剂采用CNT,粘结剂采用为聚偏氟乙烯;碳纤维、导电剂、粘结剂的质量配比依次为10:0.4:1.2。
上述的一种铝离子电池极片的制作方法,包括以下步骤:
步骤1,在正极集流片上涂覆基础层混合浆料,在50~60℃温度条件下烘烤;
步骤2,在步骤1完成之后,继续涂覆过渡层混合浆料,在80~90℃温度条件下烘烤;
步骤3,在步骤2完成之后,继续涂覆保护层混合浆料,在110~120℃温度条件下烘干。
进一步地,所述步骤1烘烤后,基础层的混合浆料的固化率为45~60%;步骤2烘烤后,过度层的固化率为60~75%。
本发明具有如下的优点和有益效果:
本发明提供的电池极片具有较高的内聚力,充放电过程中,结构不会发生变形;具有良好的充放电效率、倍率性能,采用铝离子电池极片制备的电池循环性能良好,倍率性能较高,循环寿命长,能满足实际应用需要,在保障电池的电化学性能同时,可有效地改善电池的安全性能。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例提供了一种铝离子电池极片,包括正极集流体和涂覆在正极集流体表面电极材料层,所述电极材料层包括依次逐层涂覆在正极集流体上的基础层、过渡层和保护层;
(1)所述基础层为石墨烯粉体、分散剂、粘结剂的混合浆料,基础层的厚度为2μm;
分散剂采用N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮和乙醇的混合溶液,粘结剂采用、羧甲基纤维素钠;所述石墨烯粉体、分散剂、粘结剂三者的质量配比依次为10:0.2:0.5;所述分散剂中,N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮和乙醇三者的质量配比依次为1:7:3。
(2)所述过渡层为石墨烯粉体、碳纤维、导电剂、粘结剂的混合浆料,过渡层的厚度为20μm;
导电剂采用CNT,粘结剂采用为聚偏氟乙烯;石墨烯粉体和碳纤维两者总质量、导电剂的质量、粘结剂的质量三者配比依次为85:0.6:2.0;
所述将石墨烯粉体、碳纤维粉体和酚醛树脂粉体加入聚乙二醇和环糊精的混合溶液中,通过超声分散制成溶胶;然后升温至450℃温度条件下干燥,获得混合物料;将所述混合物料超微粉碎后与导电剂、粘结剂混合获得混合浆料;所述石墨烯粉体、碳纤维粉体和酚醛树脂粉体三者的质量配比依次为40:55:12,所述聚乙二醇和环糊精的质量配比为1:8。
(3)所述保护层为碳纤维、导电剂、粘结剂的混合浆料,保护层的厚度为4μm;
导电剂采用CNT,粘结剂采用为聚偏氟乙烯;碳纤维、导电剂、粘结剂的质量配比依次为10:0.4:1.2。
具体地,上述一种铝离子电池极片的制作方法,操作步骤为:
步骤1,在正极集流片上涂覆基础层混合浆料,在50℃温度条件下烘烤;
步骤2,在步骤1完成之后,继续涂覆过渡层混合浆料,在80℃温度条件下烘烤;
步骤3,在步骤2完成之后,继续涂覆保护层混合浆料,在120℃温度条件下烘干。
所述步骤1烘烤后,基础层的混合浆料的固化率为45~60%;步骤2烘烤后,过度层的固化率为60~75%。
实施例2
本实施例提供了一种铝离子电池极片,包括正极集流体和涂覆在正极集流体表面电极材料层,所述电极材料层包括依次逐层涂覆在正极集流体上的基础层、过渡层和保护层;
(1)所述基础层为石墨烯粉体、分散剂、粘结剂的混合浆料,基础层的厚度为3μm;
分散剂采用N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮和乙醇的混合溶液,粘结剂采用、羧甲基纤维素钠;所述石墨烯粉体、分散剂、粘结剂三者的质量配比依次为10:0.2:0.5;所述分散剂中,N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮和乙醇三者的质量配比依次为1:7:3。
(2)所述过渡层为石墨烯粉体、碳纤维、导电剂、粘结剂的混合浆料,过渡层的厚度为18μm;
导电剂采用CNT,粘结剂采用为聚偏氟乙烯;石墨烯粉体和碳纤维两者总质量、导电剂的质量、粘结剂的质量三者配比依次为85:0.6:2.0;
所述将石墨烯粉体、碳纤维粉体和酚醛树脂粉体加入聚乙二醇和环糊精的混合溶液中,通过超声分散制成溶胶;然后升温至485℃温度条件下干燥,获得混合物料;将所述混合物料超微粉碎后与导电剂、粘结剂混合获得混合浆料;所述石墨烯粉体、碳纤维粉体和酚醛树脂粉体三者的质量配比依次为40:55:12,所述聚乙二醇和环糊精的质量配比为1:8。
(3)所述保护层为碳纤维、导电剂、粘结剂的混合浆料,保护层的厚度为6μm;
导电剂采用CNT,粘结剂采用为聚偏氟乙烯;碳纤维、导电剂、粘结剂的质量配比依次为10:0.4:1.2。
具体地,上述一种铝离子电池极片的制作方法,操作步骤为:
步骤1,在正极集流片上涂覆基础层混合浆料,在60℃温度条件下烘烤;
步骤2,在步骤1完成之后,继续涂覆过渡层混合浆料,在90℃温度条件下烘烤;
步骤3,在步骤2完成之后,继续涂覆保护层混合浆料,在110℃温度条件下烘干。
所述步骤1烘烤后,基础层的混合浆料的固化率为45~60%;步骤2烘烤后,过度层的固化率为60~75%。
实施例3
本实施例提供了一种铝离子电池极片,包括正极集流体和涂覆在正极集流体表面电极材料层,所述电极材料层包括依次逐层涂覆在正极集流体上的基础层、过渡层和保护层;
(1)所述基础层为石墨烯粉体、分散剂、粘结剂的混合浆料,基础层的厚度为2μm;
分散剂采用N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮和乙醇的混合溶液,粘结剂采用、羧甲基纤维素钠;所述石墨烯粉体、分散剂、粘结剂三者的质量配比依次为10:0.2:0.5;所述分散剂中,N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮和乙醇三者的质量配比依次为1:7:3。
(2)所述过渡层为石墨烯粉体、碳纤维、导电剂、粘结剂的混合浆料,过渡层的厚度为19μm;
导电剂采用CNT,粘结剂采用为聚偏氟乙烯;石墨烯粉体和碳纤维两者总质量、导电剂的质量、粘结剂的质量三者配比依次为85:0.6:2.0;
所述将石墨烯粉体、碳纤维粉体和酚醛树脂粉体加入聚乙二醇和环糊精的混合溶液中,通过超声分散制成溶胶;然后升温至520℃温度条件下干燥,获得混合物料;将所述混合物料超微粉碎后与导电剂、粘结剂混合获得混合浆料;所述石墨烯粉体、碳纤维粉体和酚醛树脂粉体三者的质量配比依次为40:55:12,所述聚乙二醇和环糊精的质量配比为1:8。
(3)所述保护层为碳纤维、导电剂、粘结剂的混合浆料,保护层的厚度为5μm;
导电剂采用CNT,粘结剂采用为聚偏氟乙烯;碳纤维、导电剂、粘结剂的质量配比依次为10:0.4:1.2。
具体地,上述一种铝离子电池极片的制作方法,操作步骤为:
步骤1,在正极集流片上涂覆基础层混合浆料,在58℃温度条件下烘烤;
步骤2,在步骤1完成之后,继续涂覆过渡层混合浆料,在85℃温度条件下烘烤;
步骤3,在步骤2完成之后,继续涂覆保护层混合浆料,在116℃温度条件下烘干。
所述步骤1烘烤后,基础层的混合浆料的固化率为45~60%;步骤2烘烤后,过度层的固化率为60~75%。
采用本发明实施例1-3制备的电极片制作铝离子电池,进行性能测试,测试结果如表1所示:
表1实施例1-3制备的电池极片的性能测试结果
备注:
循环性能测试:在45℃下静置5min,之后以0.7C恒流充电至4.35V,再恒压充电至0.05C,静置5min,之后以1C恒流放电至3.0V,此为首次循环,重复上述过程,对电池进行循环性能测试,循环1000次后的容量保持率,单位%;
放电倍率性能测试:电池在25℃下以0.5C恒流充电至4.35V,再恒压充电至0.05C,之后按放电倍率1.0C放电至3.0V,以0.1C放电所得的容量为基准值(100%),单位%;
放电容量性能测试:将电池在25℃下以0.5C恒流充电至4.35V,再恒压充电至0.05C,之后分别在-20℃和45℃下以0.5C放电至3.0V,进行高低温放电容量测试。以25℃放电所得的容量为基准值(100%),单位%。
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 (10)
1.一种铝离子电池极片,包括正极集流体和涂覆在正极集流体表面电极材料层,其特征在于,所述电极材料层包括依次逐层涂覆在正极集流体上的基础层、过渡层和保护层;
所述基础层为石墨烯粉体、分散剂、粘结剂的混合浆料;
所述过渡层为石墨烯粉体、碳纤维、导电剂、粘结剂的混合浆料;
所述保护层为碳纤维、导电剂、粘结剂的混合浆料。
2.根据权利要求1所述的一种铝离子电池极片,其特征在于,所述基础层的厚度为2~3μm,所述过渡层的厚度为18~20μm,所述保护层的厚度为4~6μm。
3.根据权利要求1所述的一种铝离子电池极片,其特征在于,所述基础层中,分散剂采用N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮和乙醇的混合溶液,粘结剂采用、羧甲基纤维素钠;所述石墨烯粉体、分散剂、粘结剂三者的质量配比依次为10:0.2:0.5。
4.根据权利要求3所述的一种铝离子电池极片,其特征在于,所述分散剂中,N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮和乙醇三者的质量配比依次为1:7:3。
5.根据权利要求1所述的一种铝离子电池极片,其特征在于,所述过渡层中,导电剂采用CNT,粘结剂采用为聚偏氟乙烯;石墨烯粉体和碳纤维两者总质量、导电剂的质量、粘结剂的质量三者配比依次为85:0.6:2.0。
6.根据权利要求5所述的一种铝离子电池极片,其特征在于,所述将石墨烯粉体、碳纤维粉体和酚醛树脂粉体加入聚乙二醇和环糊精的混合溶液中,通过超声分散制成溶胶;然后升温至450~520℃温度条件下干燥,获得混合物料;将所述混合物料超微粉碎后与导电剂、粘结剂混合获得混合浆料。
7.根据权利要求5所述的一种铝离子电池极片,其特征在于,所述石墨烯粉体、碳纤维粉体和酚醛树脂粉体三者的质量配比依次为40:55:12,所述聚乙二醇和环糊精的质量配比为1:8。
8.根据权利要求1所述的一种铝离子电池极片,其特征在于,所述保护层中,导电剂采用CNT,粘结剂采用为聚偏氟乙烯;碳纤维、导电剂、粘结剂的质量配比依次为10:0.4:1.2。
9.根据权利要求1至8任一项所述的一种铝离子电池极片的制作方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,在正极集流片上涂覆基础层混合浆料,在50~60℃温度条件下烘烤;
步骤2,在步骤1完成之后,继续涂覆过渡层混合浆料,在80~90℃温度条件下烘烤;
步骤3,在步骤2完成之后,继续涂覆保护层混合浆料,在110~120℃温度条件下烘干。
10.根据权利要求9所述的一种铝离子电池极片的制作方法,其特征在于,所述步骤1烘烤后,基础层的混合浆料的固化率为45~60%;步骤2烘烤后,过度层的固化率为60~75%。
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