CN110474019A - 一种高比能量电池正极极片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高比能量电池正极极片，包括基箔，在基箔的两面均设置有第一活性层和第二活性层，第一活性层涂覆在基箔上，第二活性层涂覆在第一活性层上；其中，第一活性层的组分按重量份包括：磷酸铁锂80‑95份、水性粘结剂2‑10份、导电剂3‑10份；第二活性层的组分按重量份包括：磷酸铁锂85‑97份、水性粘结剂1‑7份、导电剂1‑8份、磷酸0‑1.5份。本发明同时还公开了一种高比能量电池正极极片的制备方法。本发明使用水性浆料，底层浆料添加更多的导电剂，从而提升电导率，表层浆料使用粒径更大的活性材料，提升涂覆量，可使电极涂覆面密度达到400g/㎡以上。

Description

一种高比能量电池正极极片及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种高比能量电池正极极片及其制备方法。
背景技术
随着各行各业对环保要求越来越高，为了做更环保的动力锂电池，现国内动力锂电厂家在负极极片的制作上已经由原来使用NMP类油性溶剂，转向使用去离子水，涂布时无需再对蒸发的溶剂进行回收，不仅降低了能耗，同时更加环保和安全。但是，由于各种条件制约，目前正极极片的制作还是大多使用NMP类油性溶剂，特别是高比能量电池要求的高面密度极片。
在涂覆过程中，箔材的表面张力比涂覆浆料的表面张力高10dyn/cm时，浆料才能很好的附着在箔材表面。然而，去离子水的表面张力为72dyn/cm，NMP溶剂表面张力为41dyn/cm，铝箔表面张力为45dyn/cm，这就导致水性浆料在涂覆工艺上难度要高于油性浆料，要想水性浆料能够很好的附着在铝箔表面，就必须降低浆料的表面张力。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种高比能量电池正极极片及其制备方法，使用水性浆料，底层浆料添加更多的导电剂，从而提升电导率，表层浆料使用粒径更大的活性材料，提升涂覆量。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种高比能量电池正极极片，包括基箔，在基箔的两面均设置有第一活性层和第二活性层，第一活性层涂覆在基箔上，第二活性层涂覆在第一活性层上；其中，
第一活性层的组分按重量份包括：磷酸铁锂80-95份、LA系列粘结剂2-10份、导电剂 3-10份；
第二活性层的组分按重量份包括：磷酸铁锂85-97份、CMC+SBR胶水1-7份、导电剂1-8份、磷酸0-1.5份。
作为本发明的一种改进，所述的第一活性层的磷酸铁锂采用倍率性能好的磷酸铁锂。
作为本发明的一种改进，所述的第二活性层的磷酸铁锂采用克容量高的磷酸铁锂。
一种高比能量电池正极极片的制备方法，包括如下步骤：
(1)配制第一活性层浆料：
第一活性层浆料的组分按重量份包括：磷酸铁锂80-95份、LA系列粘结剂2-10份、导电剂3-10份、去离子水30-60份；制备方法如下：
采取“和面式”制浆，先加入磷酸铁锂和导电剂并搅拌1～2h，再加入LA系列粘结剂和部分去离子水并搅拌1～2h，再逐步加入去离子水并抽真空排气泡，直至浆料粘度符合涂布要求；
(2)配制第二活性层浆料
第二活性层浆料的组分按重量份包括：磷酸铁锂85-97份、CMC+SBR胶水1-7份、导电剂1-8份、磷酸0-1.5份、去离子水20-50份；制备方法如下：
混料前先将CMC粉末溶解为固含量5％左右的胶水备用，采取“和面式”制浆，先加入磷酸铁锂和导电剂并搅拌1～2h，再将磷酸溶入部分去离子水中后加入并搅拌0.5～1h，逐步加入 CMC胶水并搅拌0.5～1h，之后抽真空排气泡并加入SBR并搅拌0.5～1h，最后逐步加入去离子水，直至浆料粘度符合涂布要求；
(3)采用多层一次挤压涂布工艺，将第一活性层浆料和第二活性层浆料一次涂布在基箔的其中一面，经干燥处理，形成第一活性层和第二活性层，第一活性层涂覆在基箔上，第二活性层涂覆在第一活性层上；
(4)采用多层一次挤压涂布工艺，将第一活性层浆料和第二活性层浆料一次涂布在基箔的另一面，经干燥处理，形成第一活性层和第二活性层；第一活性层涂覆在基箔上，第二活性层涂覆在第一活性层上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、第一活性层浆料使用可大幅降低浆料表面张力、且对国内不同厂家磷酸铁锂兼容性强的LA系列粘结剂，有效调整浆料的表面张力，改善浆料的涂覆性能，同时采取倍率性能好的磷酸铁锂，并适当增加导电剂比例，从而提升电导率。
2、第二活性层浆料采取克容量高的磷酸铁锂，同时使用提升极片柔韧性、从而增加涂覆量、提升电极面密度、进而提升电池比能量的CMC+SBR胶水，可使电极涂覆面密度达到400g/ ㎡以上，满足越来越高的高比能量电池所需电极的要求。
附图说明
图1是本发明的高比能量电池正极极片的结构示意图；
图2是本发明的高比能量电池正极极片制备方法的工艺步骤图；
图3是本发明的高比能量电池正极极片的双层涂布示意图；
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明说明书中所提到的相关成分的重量份不仅仅可以指代各组分含量，也可以表示各组分间重量比例，因此，只要是按照本发明实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本发明实施例说明书公开的范围之内。具体地，本发明说明书中所述的重量可以是μg、 mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
如图1所示，本发明的高比能量电池正极极片，包括基箔1，基箔1采用铝箔，在基箔1 的两面均设置有第一活性层2和第二活性层3，第一活性层2涂覆在基箔1上，第二活性层3涂覆在第一活性层1上。
第一活性层2的组分按重量份包括：磷酸铁锂80-95份、水性粘结剂2-10份、导电剂3-10 份。
其中，磷酸铁锂选取倍率性能好的磷酸铁锂，例如：具有高倍率性能(5C-10C)的德方纳米铁锂DY-1、德阳威旭WX-18、南方化学P2等；LA系列粘结剂，例如LA132、LA132 或LA135等，可大幅降低浆料表面张力、且对国内不同厂家磷酸铁锂兼容性强；导电剂可以用常规的导电剂，例如：导电炭黑SUPER P，导电石墨KS6，石墨烯等，本实施例通过增加导电剂比例，可有效提升第一活性层的电导率。
第二活性层的组分按重量份包括：磷酸铁锂85-97份、水性粘结剂1-7份、导电剂1-8份、磷酸0-1.5份。
其中，磷酸铁锂选取克容量高的磷酸铁锂，例如：克容量大于155mAh/g的立凯铁锂M12、烟台卓能铁锂ZN60、江西奥盛AS201等；CMC+SBR胶水可提升极片柔韧性、从而增加涂覆量、提升电极面密度、进而提升电池比能量，二者用量比为1～2:1～2；导电剂同上，可选用导电炭黑SUPER P，导电石墨KS6，石墨烯等；磷酸的加入，有助于降低浆料PH值，减小浆料表面张力。
如图2所示，一种高比能量电池正极极片的制备方法，包括如下步骤：
(1)配制第一活性层浆料：
第一活性层浆料的组分按重量份包括：磷酸铁锂80-95份、LA系列粘结剂2-10份、导电剂3-10份、去离子水30-60份；制备方法如下：
使用动力行星混合机，采取“和面式”制浆，先加入磷酸铁锂和导电剂并搅拌1～2h，再加入LA系列粘结剂和部分去离子水并搅拌1～2h，再逐步加入去离子水并抽真空排气泡，直至浆料粘度符合涂布要求。
(2)配制第二活性层浆料
第二活性层浆料的组分按重量份包括：磷酸铁锂85-97份、CMC+SBR胶水1-7份、导电剂1-8份、磷酸0-1.5份、去离子水20-50份；制备方法如下：
使用动力行星混合机，混料前先将CMC粉末溶解为固含量5％左右的胶水备用，采取“和面式”制浆，先加入磷酸铁锂和导电剂并搅拌1～2h，再将磷酸溶入部分去离子水中后加入并搅拌0.5～1h，逐步加入CMC胶水并搅拌0.5～1h，之后抽真空排气泡并加入SBR并搅拌0.5～1h，最后逐步加入去离子水，直至浆料粘度符合涂布要求。
(3)采用多层一次挤压涂布工艺，如图3所示，将第一活性层浆料和第二活性层浆料一次涂布在基箔的其中一面，经干燥处理，形成该面的第一活性层和第二活性层，第一活性层涂覆在基箔上，第二活性层涂覆在第一活性层上。
(4)采用多层一次挤压涂布工艺，如图3所示，将第一活性层浆料和第二活性层浆料一次涂布在基箔的另一面，经干燥处理，形成该面的第一活性层和第二活性层，第一活性层涂覆在基箔上，第二活性层涂覆在第一活性层上。
其中，第一活性层层浆料所含的磷酸铁锂、LA系列粘结剂和导电剂均如上文高比能量电池正极中第一活性层中所含的磷酸铁锂、LA系列粘结剂和导电剂；第二活性层层浆料所含的磷酸铁锂、CMC+SBR胶水、导电剂和磷酸均如上文高比能量电池正极中第二活性层中所含的磷酸铁锂、CMC+SBR胶水、导电剂和磷酸，在此不再赘述。
其中，多层一次挤压涂布工艺已为现有成熟的涂布工艺，其所涉及的涂布机和涂布模头均可商购获得，在此不再赘述。
另外，上述步骤(1)和步骤(2)没有先后顺序，上述步骤(3)和步骤(4)也没有先后顺序。理所当然的是，本发明高比能量电池正极极片的制备方法在上述活性层涂设完毕之后，还包括极片的其他常规的工艺步骤，如制片等工艺步骤。
本发明的高比能量电池正极极片的制备方法，第一活性层浆料使用可大幅降低浆料表面张力、且对国内不同厂家磷酸铁锂兼容性强的LA系列粘结剂，有效调整浆料的表面张力，改善浆料的涂覆性能，同时采取倍率性能好的磷酸铁锂，并适当增加导电剂比例，从而提升电导率。第二活性层浆料采取克容量高的磷酸铁锂，同时使用提升极片柔韧性、从而增加涂覆量、提升电极面密度、进而提升电池比能量的CMC+SBR胶水，可使电极涂覆面密度达到 400g/㎡以上，满足越来越高的高比能量电池所需电极的要求。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种高比能量电池正极极片，包括基箔，其特征在于：在基箔的两面均设置有第一活性层和第二活性层，第一活性层涂覆在基箔上，第二活性层涂覆在第一活性层上；其中，
第一活性层的组分按重量份包括：磷酸铁锂80-95份、LA系列粘结剂2-10份、导电剂3-10份；
第二活性层的组分按重量份包括：磷酸铁锂85-97份、CMC+SBR胶水1-7份、导电剂1-8份、磷酸0-1.5份。
2.根据权利要求1所述的一种高比能量电池正极极片，其特征在于：所述的第一活性层的磷酸铁锂采用倍率性能好的磷酸铁锂。
3.根据权利要求1所述的一种高比能量电池正极极片，其特征在于：所述的第二活性层的磷酸铁锂采用克容量高的磷酸铁锂。
4.一种高比能量电池正极极片的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)配制第一活性层浆料：
第一活性层浆料的组分按重量份包括：磷酸铁锂80-95份、LA系列粘结剂2-10份、导电剂3-10份、去离子水30-60份；制备方法如下：
采取“和面式”制浆，先加入磷酸铁锂和导电剂并搅拌1～2h，再加入LA系列粘结剂和部分去离子水并搅拌1～2h，再逐步加入去离子水并抽真空排气泡，直至浆料粘度符合涂布要求；
(2)配制第二活性层浆料
第二活性层浆料的组分按重量份包括：磷酸铁锂85-97份、CMC+SBR胶水1-7份、导电剂1-8份、磷酸0-1.5份、去离子水20-50份；制备方法如下：
混料前先将CMC粉末溶解为固含量5％左右的胶水备用，采取“和面式”制浆，先加入磷酸铁锂和导电剂并搅拌1～2h，再将磷酸溶入部分去离子水中后加入并搅拌0.5～1h，逐步加入CMC胶水并搅拌0.5～1h，之后抽真空排气泡并加入SBR并搅拌0.5～1h，最后逐步加入去离子水，直至浆料粘度符合涂布要求；
(3)采用多层一次挤压涂布工艺，将第一活性层浆料和第二活性层浆料一次涂布在基箔的其中一面，经干燥处理，形成第一活性层和第二活性层，第一活性层涂覆在基箔上，第二活性层涂覆在第一活性层上；
(4)采用多层一次挤压涂布工艺，将第一活性层浆料和第二活性层浆料一次涂布在基箔的另一面，经干燥处理，形成第一活性层和第二活性层；第一活性层涂覆在基箔上，第二活性层涂覆在第一活性层上。
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