CN111403748B - 一种减轻辊压极片延展的正极导电涂层及其制备方法 - Google Patents

一种减轻辊压极片延展的正极导电涂层及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111403748B
CN111403748B CN202010240141.6A CN202010240141A CN111403748B CN 111403748 B CN111403748 B CN 111403748B CN 202010240141 A CN202010240141 A CN 202010240141A CN 111403748 B CN111403748 B CN 111403748B
Authority
CN
China
Prior art keywords
conductive
pole piece
conductive coating
positive
coating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010240141.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111403748A (zh
Inventor
王云鹏
祝捷
乔志鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu Higee Energy Co Ltd
Original Assignee
Jiangsu Higee Energy Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu Higee Energy Co Ltd filed Critical Jiangsu Higee Energy Co Ltd
Priority to CN202010240141.6A priority Critical patent/CN111403748B/zh
Publication of CN111403748A publication Critical patent/CN111403748A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111403748B publication Critical patent/CN111403748B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0471—Processes of manufacture in general involving thermal treatment, e.g. firing, sintering, backing particulate active material, thermal decomposition, pyrolysis
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/136—Electrodes based on inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H01M4/1397—Processes of manufacture of electrodes based on inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621—Binders
    • H01M4/622—Binders being polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621—Binders
    • H01M4/622—Binders being polymers
    • H01M4/623—Binders being polymers fluorinated polymers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Paints Or Removers (AREA)

Abstract

本发明涉及一种减轻辊压极片延展的正极导电涂层及其制备方法，导电涂层由导电浆料固化而成，所述导电浆料包括导电剂、粘结剂、溶剂，所述导电剂为导电石墨KS‑6、石墨烯中的任一种与科琴黑、单壁碳纳米管的混合物，所述粘结剂为聚四氟乙烯乳液和聚醋酸乙烯酯乳液的混合物，所述溶剂为去离子水。本发明的正极导电涂层能够降低正极辊压时极片的延展，改善正极片辊压过程中以及辊压后pinch拉伸过程中极片断带的问题。

Description

一种减轻辊压极片延展的正极导电涂层及其制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种减轻辊压极片延展的正极导电涂层及其制备方法。
背景技术
近几年来，磷酸铁锂动力电池以其绝对安全可靠、超长循环寿命、平稳的放电平台等优点备受全球锂电池专家的青睐，取得了迅速的发展，但作为正极活性材料的磷酸铁锂导电性差，所以在制备正极片时，一般先预先在铝箔集流体表面涂覆一层1-2μm的导电涂层，起到促进活性物质涂层与铝箔集流体之间的电子导电的作用。
现有正极底涂导电涂层一般由有机粘结剂和导电炭黑组成，有机粘结剂一般为PAA，导电炭黑一般为乙炔黑。但目前主流的底涂导电涂层仅改善了低粘结剂体系正极涂层的附着力和导电接触，并没有对正极片辊压有改善作用。
正极片在辊压过程中活性物质颗粒在压力的作用下进行滑移来达到紧密排列，在颗粒的滑移过程中会导致铝箔出现较为明显的延展，并且铝箔的延展在整个极片范围内并不均匀，对极片的性能有着较大的影响。因此，辊压过程中减少因活性物质颗粒滑移而造成的铝箔延展对后续加工性能和最终的电芯性能具有重要意义。
中国专利CN 108511689A公开了一种含有导电涂层的锂离子电池正极片及其制备方法，该发明在集流体上涂覆一层特殊的导电涂层，导电涂层由导电浆料固化而成，其导电浆料包括：复合碳源，粘结剂，分散剂，有机溶剂，其导电涂层可大提高极片粘结力，增强导电性，但并没有对正极片辊压有改善作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种减轻辊压极片延展的正极导电涂层，能够降低正极辊压时极片的延展，改善正极片辊压过程中以及辊压后pinch拉伸过程中极片断带的问题。
一种减轻辊压极片延展的正极导电涂层，所述导电涂层由导电浆料固化而成，所述导电浆料包括：导电剂、粘结剂、溶剂，所述导电剂为导电石墨KS-6、石墨烯中的任一种与科琴黑、单壁碳纳米管的混合物，所述粘结剂为聚四氟乙烯（PTFE）乳液和聚醋酸乙烯酯（PVAc）乳液的混合物，所述溶剂为去离子水。
优选的，所述导电剂用量为溶剂重量的2~50%。
优选的，所述粘结剂用量为溶剂重量的10~80%。
优选的，所述导电石墨KS-6、科琴黑和单壁碳纳米管三者之间的质量百分比为20~60%: 20-60% : 0.5~5%，所述石墨烯、科琴黑和单壁碳纳米管三者之间的质量百分比为20~60%: 20-70% : 0.5~5%。
优选的，所述聚四氟乙烯乳液为聚四氟乙烯和水的分散液，所述聚醋酸乙烯酯乳液为聚醋酸乙烯酯和水的分散液。
优选的，所述聚四氟乙烯和聚醋酸乙烯酯两者之间的质量百分比为30~80% : 20-70%。
本发明的另一个目的是提供一种减轻辊压极片延展的正极导电涂层的制备方法，包括以下步骤：
（1）将聚醋酸乙烯酯乳液添加到搅拌罐中，添加去离子水，分散30min。
（2）将聚四氟乙烯乳液添加到步骤（1）所得溶液中，继续分散30min。
（3）将科琴黑添加到步骤（2）所得溶液中，研磨搅拌1h。
（4）将单壁碳纳米管水分散液添加到步骤（3）所得溶液中，研磨搅拌2h。
（5）将导电石墨KS-6或石墨烯添加到步骤（4）所得溶液中，研磨搅拌2h，得到底涂浆料。
（6）将步骤（5）制备完成的底涂浆料到涂覆到铝箔表面，并在50-80℃条件下烘干。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
（1）本发明充分考虑到正极辊压过程中的极片尤其是铝箔的延展，导电浆料制备时选用具有良好塑性和韧性的有机物粘结剂PTFE与PVAc，选用具有优异滑移性能的导电石墨KS-6和石墨烯作为导电剂，极片辊压时能明显减轻活性物质颗粒在铝集流体表面滑移时的阻力，进行从根本上减轻铝箔的变形。
（2）本发明导电浆料添加的单壁碳纳米管是一种纤维状导电材料，在底涂涂层被压缩时起到纤维增强作用，在本发明中起到强化铝箔的抗变形能力，抑制铝箔变形的作用。
（3）本发明的减轻辊压极片延展的正极导电涂层的制备方法简单，原料均已实现大规模生产，并且本发明可采用现有的底涂设备进行实施，易于实现工业化操作。
附图说明
图1为本发明减轻辊压极片延展的正极导电涂层在铝箔表面的应用示意图。
其中，1为本发明减轻辊压极片延展的正极导电涂层，2为金属铝箔。
图2为本发明减轻辊压极片延展的正极导电涂层在正极片中应用的截面示意图。
其中，1为本发明减轻辊压极片延展的正极导电涂层，2为金属铝箔，3为正极涂层。
图3为本发明减轻辊压极片延展的正极导电涂层在正极片表面示意图。
其中1为金属铝箔，2为正极涂层，3为极片中心对称线。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种减轻辊压极片延展的正极导电涂层，所述导电涂层由导电浆料固化而成，所述导电浆料包括导电石墨KS-6、单壁碳纳米管、科琴黑、PVAc乳液、PTFE乳液以及去离子水制备而成。
其中，导电石墨KS-6用量为溶剂用量的1wt%。
科琴黑用量为溶剂用量的1wt%。
单壁碳纳米管水分散液固含量为1wt%，用量为溶剂用量的3wt%。
PTFE乳液固含量为20wt %，用量为溶剂用量的30wt%。
PVAc乳液固含量为54wt %，用量为溶剂用量的10wt%。
一种减轻辊压极片延展的正极导电涂层的制备方法，包括以下步骤：
（1）将1Kg的PVAc乳液添加到搅拌罐中，添加10Kg去离子水，分散30min。
（2）将3Kg的PTFE乳液添加到步骤（1）所得溶液中，继续分散30min。
（3）将0.1Kg的科琴黑添加到步骤（2）所得溶液中，研磨搅拌1h。
（4）将0.3Kg的单壁碳纳米管水分散液添加到步骤（3）所得溶液中，研磨搅拌2h。
（5）将0.1Kg的导电石墨KS-6添加到步骤（4）所得溶液中，研磨搅拌2h，得到底涂浆料。
（6）将步骤（5）制备完成的底涂浆料到涂覆到12μm铝箔表面，并在75℃条件下烘干。
实施例2
一种减轻辊压极片延展的正极导电涂层，所述导电涂层由导电浆料固化而成，所述导电浆料包括石墨烯、单壁碳纳米管、科琴黑、PVAc乳液、PTFE乳液以及去离子水制备而成。
其中，石墨烯用量为溶剂用量的1wt%。
科琴黑用量为溶剂用量的1.5wt%。
单壁碳纳米管水分散液固含量为1wt%，用量为溶剂用量的1wt%。
PTFE乳液固含量为20wt%，用量为溶剂用量的50wt%。
PVAc乳液固含量为54wt%，用量为溶剂用量的15wt%。
一种减轻辊压极片延展的正极导电涂层的制备方法，包括以下步骤：
（1）将1.5Kg的PVAc乳液添加到搅拌罐中，添加10Kg去离子水，分散30min。
（2）将5Kg的PTFE乳液添加到步骤（1）所得溶液中，继续分散30min。
（3）将0.15Kg的科琴黑添加到步骤（2）所得溶液中，研磨搅拌1h。
（4）将0.1Kg的单壁碳纳米管水分散液添加到步骤（3）所得溶液中，研磨搅拌2h。
（5）将0.1Kg的石墨烯添加到步骤（4）所得溶液中，研磨搅拌2h，得到底涂浆料。
（6）将步骤（5）制备完成的底涂浆料到涂覆到12μm铝箔表面，并在75℃条件下烘干。
性能测试
上述实施例底涂铝箔制备完成后，采用D50为6μm的磷酸铁锂、HSV900 PVDF、导电碳SP、NMP配制的正极浆料，将浆料采用狭缝挤压涂布的方式分别涂覆到无底涂铝箔以及本发明实施例底涂铝箔上，涂布重量为350g/m2（双面），将涂布完成的正极片截取6条500mm试样进行辊压测试，采用辊压机在10m/s的辊压速度下以30吨的压力将极片辊压至压实密度2.4g/cm3，辊压结束后沿极片中心对称线（极片辊压后变形最大的位置）截取一条5mm宽的试样进行延展率测试和附着力测试，测试结果如下：
样品 辊压后延展率 附着力/gf
无底涂铝箔 2.21% 11
实施例1 0.53% 53
实施例2 0.27% 59
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种减轻辊压极片延展的正极导电涂层，其特征在于：所述导电涂层涂覆于正极基底材料铝箔上，所述导电涂层由导电浆料固化而成，所述导电浆料包括：导电剂、粘结剂、溶剂，所述导电剂为导电石墨KS-6、石墨烯中的任一种与科琴黑、单壁碳纳米管的混合物，所述粘结剂为聚四氟乙烯乳液和聚醋酸乙烯酯乳液的混合物，所述溶剂为去离子水；所述导电石墨KS-6、科琴黑和单壁碳纳米管三者之间的质量百分比为20~60%: 20-60% : 0.5~5%，所述石墨烯、科琴黑和单壁碳纳米管三者之间的质量百分比为20~60%: 20-70% : 0.5~5%；所述聚四氟乙烯和聚醋酸乙烯酯两者之间的质量百分比为30~80% : 20-70%。
2.根据权利要求1所述的减轻辊压极片延展的正极导电涂层，其特征在于：所述导电剂用量为溶剂重量的2~50%。
3.根据权利要求1所述的减轻辊压极片延展的正极导电涂层，其特征在于：所述粘结剂用量为溶剂重量的10~80%。
4.根据权利要求1所述的减轻辊压极片延展的正极导电涂层，其特征在于：所述聚四氟乙烯乳液为聚四氟乙烯和水的分散液，所述聚醋酸乙烯酯乳液为聚醋酸乙烯酯和水的分散液。
5.一种减轻辊压极片延展的正极导电涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将聚醋酸乙烯酯乳液添加到搅拌罐中，添加去离子水，分散30min；
（2）将聚四氟乙烯乳液添加到步骤（1）所得溶液中，继续分散30min；
（3）将科琴黑添加到步骤（2）所得溶液中，研磨搅拌1h；
（4）将单壁碳纳米管水分散液添加到步骤（3）所得溶液中，研磨搅拌2h；
（5）将导电石墨KS-6或石墨烯添加到步骤（4）所得溶液中，研磨搅拌2h，得到底涂浆料；
（6）将步骤（5）制备完成的底涂浆料到涂覆到铝箔表面，并在50-80℃条件下烘干。
CN202010240141.6A 2020-03-31 2020-03-31 一种减轻辊压极片延展的正极导电涂层及其制备方法 Active CN111403748B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010240141.6A CN111403748B (zh) 2020-03-31 2020-03-31 一种减轻辊压极片延展的正极导电涂层及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010240141.6A CN111403748B (zh) 2020-03-31 2020-03-31 一种减轻辊压极片延展的正极导电涂层及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111403748A CN111403748A (zh) 2020-07-10
CN111403748B true CN111403748B (zh) 2022-03-29

Family

ID=71429325

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010240141.6A Active CN111403748B (zh) 2020-03-31 2020-03-31 一种减轻辊压极片延展的正极导电涂层及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111403748B (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108511689A (zh) * 2017-04-05 2018-09-07 万向二三股份公司 一种含有导电涂层的锂离子电池正极片及其制备方法
CN109841834A (zh) * 2017-11-28 2019-06-04 横店集团东磁股份有限公司 一种复合导电剂、其制备方法及在正极浆料的应用

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108511689A (zh) * 2017-04-05 2018-09-07 万向二三股份公司 一种含有导电涂层的锂离子电池正极片及其制备方法
CN109841834A (zh) * 2017-11-28 2019-06-04 横店集团东磁股份有限公司 一种复合导电剂、其制备方法及在正极浆料的应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN111403748A (zh) 2020-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108511685B (zh) 一种含有导电涂层的锂离子电池负极片及其制备方法
CN108511689B (zh) 一种含有导电涂层的锂离子电池正极片及其制备方法
CN106047015B (zh) 锂离子电池的导电涂层材料及其制备方法以及锂离子电池
CN106532045B (zh) 锂离子电池石墨负极材料及其制备方法
CN105261760A (zh) 锂离子电池水性正极复合集流体、正极片及其制备方法、锂离子电池
CN106654177A (zh) 一种干法制备电池电容复合电极的方法
CN104934235B (zh) 一种超级电容器用电极的制备方法
CN107403904A (zh) 锂离子电池及其负极片
CN112038688B (zh) 一维纳米形貌llzo基固态电解质材料的制备方法
CN105428083A (zh) 一种具备高导电率高机械强度的电极浆料
CN106784662B (zh) 一种锂离子电池负极材料、负极极片及其制备方法和用途
CN108511754A (zh) 一种负极浆料
CN114023921A (zh) 一种钠离子电池正极极片及其制备方法和应用
CN110718680B (zh) 一种锰酸锂电池正极片及其制备方法
CN104900883A (zh) 一种电极用导电剂的制备方法
CN111403748B (zh) 一种减轻辊压极片延展的正极导电涂层及其制备方法
CN108183237A (zh) 一种硅基负极材料用量子点水系涂层铜箔及其制备方法
CN105406029B (zh) 锂离子电池正极极片或负极极片的制备方法
CN107819108B (zh) 三元电极浆料、三元电极片及制备方法
CN102054979B (zh) 一种电池电极、其制备方法及电池
CN114447338A (zh) 正极极片浆料及其制备方法、锂离子电池、以及车辆
CN110148707B (zh) 一种二次电池正极和制备方法
CN109980231B (zh) 一种涂布于锂离子电池集流体上的浆料及其应用
CN113497222A (zh) 一种锂离子电池正极浆料及正极极片
CN112670090B (zh) 一种电极片及其制备方法与应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant