CN110311134B - 一种铝离子电池极片及制作方法 - Google Patents

一种铝离子电池极片及制作方法 Download PDF

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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

一种铝离子电池极片及制作方法
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
Figure BDA0002122094990000051
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 (4)

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；
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；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；
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；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；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；
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。
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或2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。
4.根据权利要求3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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