CN111525137B - 一种正极浆料及其在电池中的应用 - Google Patents

一种正极浆料及其在电池中的应用 Download PDF

Info

Publication number
CN111525137B
CN111525137B CN202010495157.1A CN202010495157A CN111525137B CN 111525137 B CN111525137 B CN 111525137B CN 202010495157 A CN202010495157 A CN 202010495157A CN 111525137 B CN111525137 B CN 111525137B
Authority
CN
China
Prior art keywords
positive electrode
conductive agent
electrode slurry
mixing
stirring
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
CN202010495157.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111525137A (zh
Inventor
朱忠泗
何巍
李倩伟
殷军
顾岚冰
邱敏
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.)
Hubei Eve Power Co Ltd
Original Assignee
Hubei Eve Power 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 Hubei Eve Power Co Ltd filed Critical Hubei Eve Power Co Ltd
Priority to CN202010495157.1A priority Critical patent/CN111525137B/zh
Publication of CN111525137A publication Critical patent/CN111525137A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111525137B publication Critical patent/CN111525137B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624Electric conductive fillers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139Processes of manufacture
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624Electric conductive fillers
    • H01M4/625Carbon or graphite
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明涉及一种正极浆料及其在电池中的应用。所述正极浆料中的导电剂包括第一导电剂和第二导电剂,所述第一导电剂为链球状、颗粒状和多孔状导电剂中的至少一种,所述第二导电剂为碳纳米管,所述第一导电剂和第二导电剂的质量比为(1:10)~(30:1)。本发明选择链球状、颗粒状和多孔状导电剂中的至少一种作为第一导电剂,选择碳纳米管作为第二导电剂,并且控制第一导电剂和第二导电剂的质量比,得到的正极浆料具有优异的加工性能,能够增加电池的能量密度,提升倍率性能,降低阻抗,减缓电池循环过程中阻抗增长,增加循环寿命。

Description

一种正极浆料及其在电池中的应用
技术领域
本发明属于电池材料技术领域,具体涉及一种正极浆料及其在电池中的应用。
背景技术
锂离子电池因具有工作电压高、比容量大、自放电小、循环寿命长、无记忆效应、环境友好等优点而广泛应用于消费类电池、动力电池及储能电池等领域。其中,乘用车领域对长续航、快速充电、长寿命等需求越来越高。如满足2C倍率充电,电量由10%SOC充电至80%SOC;能量密度超过260wh/kg,常温2C快充循环寿命比低于1200周。1C循环寿命不低于1500周,循环终止直流内阻增长率不超过新鲜电芯的50%等。
长续航意味着高能量密度,快充充电意味着大电流快速完成充电,长循环及低阻抗增加率意味着整个生命周期内,电池材料体系及结构需要处于比较稳定的状态。快速充电能力不仅要求负极活性物质能及时嵌入锂离子,同时要求正极活性物质中的锂离子快速从正极体系脱出。高能量密度则要求正极活性物质占比越来越高,同时高容量正极材料占比越来越高,导致正极活性物质的结构稳定性降低,同时正极锂离子脱出速率减小,正极直流阻抗因此增加,电池的循环性能也相应降低。
导电剂作为电池的导电子成分,在提升电池能量密度,降低电池阻抗,稳定电池化学体系,提升电池使用寿命等方面起到至关重要的作用。对于高能量密度、快速充电的电池体系,但是现有技术中电池导电网络单一,导电性能较差,电池在较低温度充放电循环时,阻抗增加快,容量保持率下降快,电池使用寿命变短。
CN108281640A公开了一种锂离子电池正极浆料的配料工艺、锂离子电池正极片及锂离子电池。所述方法是对浆料混合过程中的固含量进行调控,进而改善了浆料的分散性、一致性以及细度。但是所述方法得到的浆料导电性较差,进而导致得到的锂离子电池正极片电化学性能较差。
CN104332595A公开了一种锂离子电池正极浆料及其制备方法和应用,所述锂离子电池正极浆料的制备方法包括如下步骤:(1)将溶剂和油性粘结剂搅拌混匀,得到混合物A;(2)25℃~40℃条件下,在混合物A中加入石墨烯,并搅拌混匀得到混合物B;(3)在混合物B中加入镍钴铝酸锂粉末,搅拌,得到正极浆料。所述方法得到的锂离子电池正极浆料采用石墨烯作为导电剂,但是其使用单一的导电剂,使得电池导电网络单一,导电性能较差,造成电池电化学性能较差。
因此,本领域需要开发出一种具有优异动力学性能和循环性能的电化学储能装置的制备方法。
发明内容
针对锂离子电池行业中现有正极浆料制得的电池导电性能较差,使得电池在较低温度充放电循环时,阻抗增加快,容量保持率下降快,电池使用寿命变短等问题。本发明的目的在于提供一种正极浆料及其在电池中的应用。采用所述正极浆料制得的电池可有效的提升能量密度、倍率性能和循环寿命。
为达上述目的,本发明采用如下技术方案:
本发明的目的之一在于提供一种正极浆料,所述正极浆料中的导电剂包括第一导电剂和第二导电剂,所述第一导电剂为链球状、颗粒状和多孔状导电剂中的至少一种,所述第二导电剂为碳纳米管,所述第一导电剂和第二导电剂的质量比为(1:10)~(30:1)。
本发明选择正极浆料中同时存在第一导电剂和第二导电剂,可以达到优异的技术效果,因为:第一导电剂为链球状、颗粒状、多孔状和片状结构,且具有大比表面积,与活性物质接触时,具有很好的点接触以及一定形式的面接触,起到良好的导电子作用;第二导电剂为碳纳米管,具有长程导电子结构。当第一导电剂与第二导电剂组合使用时,使活性物质之间的接触形成了点、线及面的导通,形成了完善的导电网络。
本发明中选择的第一导电剂比表面积大,使用较少用量时,即能起到良好的导通作用;第二导电剂长径比非常大,使用极少量就能形成长程导电网络。选择第一导电剂和第二导电剂配合使用可减少常规电极浆料中导电剂的添加量,使得活性物质添加量增加,从而起到提升能量密度的作用。
本发明控制第一导电剂和第二导电剂的质量比为(1:10)~(30:1),在此范围内得到的正极浆料具有优异的加工性能,能够增加电池的能量密度,提升倍率性能,降低阻抗,减缓电池循环过程中阻抗增长,增加循环寿命。
优选地,所述正极浆料还包括正极活性材料、粘结剂、分散剂和溶剂。
优选地,以正极活性材料、粘结剂、分散剂、第一导电剂和第二导电剂的总质量记为100wt%,所述第一导电剂的质量百分含量为0.01~20wt%(例如0.05wt%、0.1wt%、0.5wt%、1wt%、2wt%、5wt%、8wt%、10wt%、12wt%、15wt%或18wt%等),优选为0.1~1.5wt%。
优选地,以正极活性材料、粘结剂、分散剂、第一导电剂和第二导电剂的总质量记为100wt%,所述第二导电剂的质量百分含量为0.01~1.5wt%,例如0.1wt%、0.2wt%、0.3wt%、0.4wt%、0.5wt%、0.6wt%、0.7wt%、0.8wt%、0.9wt%、1.0wt%、1.2wt%或1.4wt%等。
优选地,以正极活性材料、粘结剂、分散剂、第一导电剂和第二导电剂的总质量记为100wt%,所述正极活性材料的质量百分含量为96~98.5wt%,例如96.2wt%、96.5wt%、96.8wt%、97wt%、97.2wt%、97.5wt%、97.8wt%、98wt%、98.2wt%或98.4wt%等。
优选地,以正极活性材料、粘结剂、分散剂、第一导电剂和第二导电剂的总质量记为100wt%,所述粘结剂的质量百分含量为0.5~2.0wt%,例如0.6wt%、0.7wt%、0.8wt%、0.9wt%、1.0wt%、1.2wt%、1.4wt%、1.5wt%、1.6wt%、1.8wt%或1.9wt%等。
优选地,以正极活性材料、粘结剂、分散剂、第一导电剂和第二导电剂的总质量记为100wt%,所述分散剂的质量百分含量为0.01~0.5wt%,例如0.05wt%、0.1wt%、0.15wt%、0.2wt%、0.25wt%、0.3wt%、0.35wt%、0.4wt%或0.45wt%等。
优选地,所述第一导电剂包括乙炔黑、科琴黑、多孔碳和石墨烯中的至少一种。
优选地,所述第一导电剂的比表面积为70~10000m2/g,例如100m2/g、200m2/g、500m2/g、800m2/g、1000m2/g、2000m2/g、3000m2/g、4000m2/g、5000m2/g、6000m2/g、7000m2/g、8000m2/g或9000m2/g等。
优选地,所述乙炔黑的比表面积为100~150m2/g,例如105m2/g、110m2/g、115m2/g、120m2/g、125m2/g、130m2/g、135m2/g、140m2/g或145m2/g等。
优选地,所述科琴黑的比表面积为300~1500m2/g,例如400m2/g、500m2/g、600m2/g、700m2/g、800m2/g、900m2/g、1000m2/g、1100m2/g、1200m2/g、1300m2/g或1400m2/g等。
优选地,所述多孔碳的平均孔径为200~400nm(例如220nm、250nm、280nm、300nm、320nm、350nm或380nm等),比表面积为70~90m2/g,例如72m2/g、75m2/g、78m2/g、80m2/g、82m2/g、85m2/g或88m2/g等。
优选地,所述石墨烯的层数≤10(例如1、2、3、4、5、6、7、8或9等),比表面积为200~500m2/g,例如220m2/g、250m2/g、280m2/g、300m2/g、320m2/g、350m2/g、380m2/g、400m2/g、420m2/g、450m2/g或480m2/g等。
优选地,所述第二导电剂为多壁和/或单壁碳纳米管。
优选地,所述第二导电剂的长径比为(100:1)~(10000:1),例如200:1、500:1、800:1、1000:1、1500:1、2000:1、3000:1、5000:1、6000:1或8000:1等。
本发明所述第二导电剂的长径比选择在此范围内,单位质量的第二导电剂能形成更长的长程导电网络。
优选地,所述正极活性材料包括磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、锰酸锂和钴酸锂中的至少一种。
优选地,所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯、聚丙烯酸和聚丙烯腈中的至少一种。
优选地,所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮。
优选地,所述溶剂包括N-甲基吡咯烷酮。
优选地,所述第一导电剂为乙炔黑和/或多孔碳,第二导电剂为长径比为(1000:1)~(10000:1)的单壁碳纳米管。
优选地,所述第一导电剂为科琴黑和/或石墨烯,第二导电剂为长径比为(100:1)~(500:1)的多壁碳纳米管。
本发明中第一导电剂、第二导电剂的特定选择,可有效提升正极活性物质比例,减少导电碳纳米管、粘结剂等辅材用量。当第二导电剂长径比较小时,搭配比表面积较大的第一导电剂使用,当第二导电剂长径比较大时,搭配比表面积较小的第一导电剂使用,均能形成良好的三维导电结构;此组合,一方面可降低导电剂用量,提升活性物质用量,从而提升电芯能量密度,一方面良好的导电网络保证了锂离子的快速传导,从而降低阻抗,提升动力学性能。
优选地,所述正极浆料的粘度为3000~20000mPa.s,例如4000mPa.s、5000mPa.s、6000mPa.s、8000mPa.s、10000mPa.s、12000mPa.s、14000mPa.s、15000mPa.s、16000mPa.s或18000mPa.s等。
优选地,所述正极浆料的固含量为50%~82%,例如52%、55%、58%、60%、62%、65%、68%、70%、72%、75%、78%或80%等。
针对磷酸铁锂等纳米级颗粒正极材料,比表面积大,制成浆料后,浆料固含量较小,浆料粘度大,此类正极材料所制成的正极浆料固含量50%~64%,浆料粘度10000~20000mPa.s;针对镍钴锰酸锂、锰酸锂和钴酸锂等颗粒较大的正极材料,比表面积小,制成浆料后,浆料固含量较大,浆料粘度小,此类正极材料所制成的正极浆料固含量65%~82%,浆料粘度3000~12000mPa.s;粘度和固含量选择此范围的目的在于使浆料中各物质混合均匀,导电剂在浆料中分散良好,充分发挥导电剂的导电性能,同时使制得极片性能均一。
本发明的目的之二在于提供一种如目的之一所述正极浆料的制备方法,所述方法包括:将第一导电剂、第二导电剂、粘结剂、分散剂、溶剂和正极活性材料搅拌混合,得到正极浆料。
优选地,所述方法包括:将第一导电剂、第二导电剂、粘结剂、分散剂和溶剂进行第一搅拌混合,得到混合溶液,将所述混合溶液与正极活性材料进行第二搅拌混合,得到正极浆料。
优选地,所述第一搅拌混合的转速为10~40m/s,例如12m/s、15m/s、18m/s、20m/s、22m/s、25m/s、28m/s、30m/s、32m/s、35m/s或38m/s等。
优选地,所述第一搅拌混合的时间为2h~6h,例如2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h、5h或5.5h等。
优选地,所述第二搅拌混合的转速为10~40m/s,例如12m/s、15m/s、18m/s、20m/s、22m/s、25m/s、28m/s、30m/s、32m/s、35m/s或38m/s等。
优选地,所述第二搅拌混合的时间为2h~6h,例如2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h、5h或5.5h等。
本发明选择第一搅拌混合和第二搅拌混合的转速及时间,在此搅拌速度及搅拌时间下,能形成更加均一的浆料,搅拌速度越大,搅拌时间越短。先进行第一步搅拌目的在于第一导电剂及第二导电剂比表面积均较大,在分散剂的添加下,有利于性能分散良好性能均一的导电胶;第一步混合完毕,再进行第二步混合,有利于形成分散良好,性能均一的正极浆料。
本发明的目的之三在于提供一种正极极片的制备方法,所述方法包括:将目的之一所述的正极浆料涂布于集流体上,得到正极极片。
优选地,所述正极浆料涂布涂布的厚度为120~150μm,例如125μm、130μm、135μm、140μm或145μm等。
优选地,所述集流体为铜箔。
本发明的目的之四在于提供一种正极极片,所述正极极片通过目的之三所述的制备方法得到。
本发明的目的之五在于提供一种锂离子电池,所述锂离子电池包括目的之四所述的正极极片。
图1是本发明提供的锂离子电池(电化学储能装置)制备工艺流程图,由图中可以看出,采用本发明中的第一导电剂、第二导电剂、粘结剂(油性粘结剂)在分散剂和溶剂中进行分散,然后与正极活性材料进行混合分散,得到正极浆料;将所述正极浆料涂覆于集流体上,得到正极极片;最后将所述正极极片组装成锂离子电池(电化学储能装置)。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
本发明所述正极浆料具有较好的加工性能,能够增加电池的能量密度,提升倍率性能,降低阻抗,减缓电池循环过程中阻抗增长,增加循环寿命。
附图说明
图1是本发明提供的锂离子电池制备工艺流程图。
具体实施方式
为便于理解本发明,本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了,所述实施例仅仅是帮助理解本发明,不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
一种正极浆料的制备方法:
将比表面积为120m2/g的乙炔黑、长径比为5000:1的单壁碳纳米管、聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮和N-甲基吡咯烷酮进行转速为30m/s的搅拌混合4h,得到混合溶液,将所述混合溶液与磷酸铁锂进行转速为30m/s的搅拌混合4h,得到粘度为15000mPa.s,固含量为60%的正极浆料;
所述正极浆料中,以磷酸铁锂、聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、乙炔黑和单壁碳纳米管的总质量记为100wt%,所述磷酸铁锂的含量为97wt%,所述聚偏氟乙烯的含量为0.5wt%,所述聚乙烯吡咯烷酮的含量为0.5wt%,所述乙炔黑的含量为1wt%,所述单壁碳纳米管的含量为1wt%;
一种正极极片的制备方法:
将所述正极浆料涂布于铜箔上,涂布的厚度为130μm,得到正极极片。
实施例2
一种正极浆料的制备方法:
将比表面积为800m2/g的科琴黑、长径比为300:1的多壁碳纳米管、聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮和N-甲基吡咯烷酮进行转速为10m/s的搅拌混合6h,得到混合溶液,将所述混合溶液与磷酸铁锂进行转速为10m/s的搅拌混合6h,得到粘度为12000mPa.s,固含量为53%的正极浆料;
所述正极浆料中,以磷酸铁锂、聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、科琴黑和多壁碳纳米管的总质量记为100wt%,所述磷酸铁锂的含量为96.7wt%,所述聚偏氟乙烯的含量为1wt%,所述聚乙烯吡咯烷酮的含量为0.3wt%,所述科琴黑的含量为1.2wt%,所述多壁碳纳米管的含量为0.8wt%;
一种正极极片的制备方法:
将所述正极浆料涂布于铜箔上,涂布的厚度为150μm,得到正极极片。
实施例3
一种正极浆料的制备方法:
将比表面积为300m2/g的石墨烯(层数为5)、长径比为500:1的多壁碳纳米管、聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮和N-甲基吡咯烷酮进行转速为40m/s的搅拌混合2h,得到混合溶液,将所述混合溶液与镍钴锰酸锂(NCM811)进行转速为40m/s的搅拌混合2h,得到粘度为8000mPa.s,固含量为68%的正极浆料;
所述正极浆料中,以镍钴锰酸锂、聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、石墨烯和多壁碳纳米管的总质量记为100wt%,所述镍钴锰酸锂的含量为96.5wt%,所述聚偏氟乙烯的含量为1wt%,所述聚乙烯吡咯烷酮的含量为0.3wt%,所述石墨烯的含量为1.2wt%,所述多壁碳纳米管的含量为1wt%;
一种正极极片的制备方法:
将所述正极浆料涂布于铜箔上,涂布的厚度为120μm,得到正极极片。
实施例4
与实施例1的区别在于,将比表面积为120m2/g的乙炔黑替换为等质量的比表面积为800m2/g的科琴黑。
实施例5
与实施例1的区别在于,将长径比为5000:1的单壁碳纳米管替换为等质量的长径比为200:1的多壁碳纳米管。
实施例6
与实施例1的区别在于,制得的正极浆料粘度为8000mPa.s,固含量为45%。
对比例1
与实施例1的区别在于,将比表面积为120m2/g的乙炔黑替换为等质量的长径比为5000:1的单壁碳纳米管,即浆料中只存在单壁碳纳米管。
对比例2
与实施例1的区别在于,将长径比为5000:1的单壁碳纳米管替换为等质量的比表面积为120m2/g的乙炔黑,即浆料中只存在乙炔黑。
对比例3
与实施例1的区别在于,乙炔黑和单壁碳纳米管的质量比为1:20(正极浆料中导电剂总质量不变)。
对比例4
与实施例1的区别在于,乙炔黑和单壁碳纳米管的质量比为40:1(正极浆料中导电剂总质量不变)。
性能测试:
将本发明各实施例和对比例得到的正极极片、负极极片(人造石墨:导电炭黑:SBR:CMC=96%:1.0%:1.5%:1.5%)、电解液(1mol/L的LiPF6,EC:EMC=1:1)和隔膜组装成电池。将得到的电池在25±2℃环境下进行充放电测试,电流密度为0.5C,其中实施例1-2、实施例4-6和对比例1-4充放电电压为3.65~2.5V,实施例3充放电电压为4.2~2.5V,测试结果如表1所示(补充说明:其中实施例1的能量密度及阻抗均以100%表示,其他实施例及对比例的能量密度及阻抗为实施例1的百分比表示):
表1
Figure BDA0002522559200000111
Figure BDA0002522559200000121
通过实施例1与实施例4-5对比可知,当第一导电剂表面积变大时,电芯能量密度增加,阻抗下降,循环性能提升;当第二导电剂长径比变小时,电芯能量密度下降,阻抗增大,循环性能下降。这是因为第一导电剂比表面积越大,与第二导电剂共同形成更大的三维导电网络,更有利于锂离子的传导,阻抗变小,容量衰减速度更慢有利于提升循环寿命,放电电压平台更高提升能量密度;第二导电剂长径比越小,长程导电性能越差,不利于锂离子传导,阻抗增大,容量衰减速度更快导致循环寿命变差,放电电压平台更低导致能量密度变小。
通过实施例1与实施例6对比可知,磷酸铁锂纳米级颗粒正极材料固含过低,浆料粘度过小,导致极片粘结剂下降,活性物质与集流体接触阻抗增加,从而导致放电平台下降,从而能量密度下降,阻抗增加,副反应增加,导致循环寿命变差。
通过实施例1与对比例1-2对比可知,当只添加第一导电剂或只添加第二导电剂时,不能形成三维导电网络,导电性能变差,不利于锂离子传导,从而导致阻抗增加,放电电压平台降低,能量密度下降,阻抗增加导致锂损失变多,循环寿命变差。
通过实施例1与对比例3-4对比可知,当第一导电剂或第二导电剂添加量不足时,三维导电网络形成不完整,极片部分区域不能形成有效的导电网络,导电性能变差,不利于锂离子传导,从而导致阻抗增加,放电电压平台降低,能量密度下降,阻抗增加导致锂损失变多,循环寿命变差。
申请人声明,本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程,但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程,即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (21)

1.一种正极浆料,其特征在于,所述正极浆料中的导电剂包括第一导电剂和第二导电剂,所述第一导电剂包括乙炔黑、科琴黑、多孔碳和石墨烯中的至少一种,所述第二导电剂为多壁和/或单壁碳纳米管,所述第一导电剂和第二导电剂的质量比为(1:10)~(30:1);
其中,当所述第一导电剂为乙炔黑和/或多孔碳时,第二导电剂为长径比为(1000:1)~(10000:1)的单壁碳纳米管;当所述第一导电剂为科琴黑和/或石墨烯时,第二导电剂为长径比为(100:1)~(500:1)的多壁碳纳米管;
所述正极浆料还包括正极活性材料、粘结剂、分散剂和溶剂,且以正极活性材料、粘结剂、分散剂、第一导电剂和第二导电剂的总质量记为100wt%,所述正极活性材料的质量百分含量为96~98.5wt%,所述粘结剂的质量百分含量为0.5~2.0wt%,所述分散剂的质量百分含量为0.01~0.5wt%,所述第一导电剂的质量百分含量为0.1~1.5wt%,所述第二导电剂的质量百分含量为0.01~1.5wt%;
所述正极浆料的粘度为12000~20000mPa.s,固含量为52%~82%;
所述正极浆料为采用以下制备方法得到的正极浆料,所述方法包括:将第一导电剂、第二导电剂、粘结剂、分散剂和溶剂进行第一搅拌混合,得到混合溶液,将所述混合溶液与正极活性材料进行第二搅拌混合,得到正极浆料。
2.如权利要求1所述的正极浆料,其特征在于,所述第一导电剂的比表面积为70~10000m2/g。
3.如权利要求1所述的正极浆料,其特征在于,所述乙炔黑的比表面积为100~150m2/g。
4.如权利要求1所述的正极浆料,其特征在于,所述科琴黑的比表面积为300~1500m2/g。
5.如权利要求1所述的正极浆料,其特征在于,所述多孔碳的平均孔径为200~400nm,比表面积为70~90m2/g。
6.如权利要求1所述的正极浆料,其特征在于,所述石墨烯的层数≤10,比表面积为200~500m2/g。
7.如权利要求1所述的正极浆料,其特征在于,所述正极活性材料包括磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、锰酸锂和钴酸锂中的至少一种。
8.如权利要求1所述的正极浆料,其特征在于,所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯、聚丙烯酸和聚丙烯腈中的至少一种。
9.如权利要求1所述的正极浆料,其特征在于,所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮。
10.如权利要求1所述的正极浆料,其特征在于,所述溶剂包括N-甲基吡咯烷酮。
11.一种如权利要求1-10之一所述正极浆料的制备方法,其特征在于,所述方法包括:将第一导电剂、第二导电剂、粘结剂、分散剂、溶剂和正极活性材料搅拌混合,得到正极浆料。
12.如权利要求11所述的制备方法,其特征在于,所述方法包括:将第一导电剂、第二导电剂、粘结剂、分散剂和溶剂进行第一搅拌混合,得到混合溶液,将所述混合溶液与正极活性材料进行第二搅拌混合,得到正极浆料。
13.如权利要求12所述的制备方法,其特征在于,所述第一搅拌混合的转速为10~40m/s。
14.如权利要求12所述的制备方法,其特征在于,所述第一搅拌混合的时间为2h~6h。
15.如权利要求12所述的制备方法,其特征在于,所述第二搅拌混合的转速为10~40m/s。
16.如权利要求12所述的制备方法,其特征在于,所述第二搅拌混合的时间为2h~6h。
17.一种正极极片的制备方法,其特征在于,所述方法包括:将权利要求1-10之一所述的正极浆料涂布于集流体上,得到正极极片。
18.如权利要求17所述的方法,其特征在于,所述正极浆料涂布的厚度为120~150μm。
19.如权利要求17所述的方法,其特征在于,所述集流体为铜箔。
20.一种正极极片,其特征在于,所述正极极片通过权利要求17-19任一项所述的制备方法得到。
21.一种锂离子电池,其特征在于,所述锂离子电池包括权利要求20所述的正极极片。
CN202010495157.1A 2020-06-03 2020-06-03 一种正极浆料及其在电池中的应用 Active CN111525137B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010495157.1A CN111525137B (zh) 2020-06-03 2020-06-03 一种正极浆料及其在电池中的应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010495157.1A CN111525137B (zh) 2020-06-03 2020-06-03 一种正极浆料及其在电池中的应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111525137A CN111525137A (zh) 2020-08-11
CN111525137B true CN111525137B (zh) 2022-03-08

Family

ID=71909585

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010495157.1A Active CN111525137B (zh) 2020-06-03 2020-06-03 一种正极浆料及其在电池中的应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111525137B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112366320A (zh) * 2020-11-17 2021-02-12 惠州亿纬锂能股份有限公司 一种高电压正极导电剂及其用途
CN114628648A (zh) * 2021-07-08 2022-06-14 万向一二三股份公司 一种高性能硅碳负极极片及其制备方法
WO2024082264A1 (zh) * 2022-10-21 2024-04-25 宁德时代新能源科技股份有限公司 二次电池及其制备方法和用电装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109755533A (zh) * 2019-01-17 2019-05-14 桑顿新能源科技有限公司 正极浆料及其制备方法、正极及锂离子电池
CN111342145A (zh) * 2020-03-13 2020-06-26 湖北亿纬动力有限公司 一种长循环寿命磷酸铁锂电池及其制备方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1770515B (zh) * 2005-08-22 2010-05-12 中国科学院成都有机化学有限公司 一种锂离子二次电池正极、负极材料导电剂及其制备方法
CN103426498B (zh) * 2012-05-17 2016-04-27 复旦大学 一种碳纳米管导电浆料及其制备方法
CN107154497A (zh) * 2016-06-08 2017-09-12 深圳市比克动力电池有限公司 一种复合导电剂、正极片、锂离子电池及其制备方法
CN106299243A (zh) * 2016-08-25 2017-01-04 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种含复合导电剂的锂离子电池正极极片
CN107706422A (zh) * 2017-07-14 2018-02-16 常州第六元素材料科技股份有限公司 石墨烯和碳纳米管的复合浆料及其制备方法、正极浆料及其方法
CN107958993A (zh) * 2017-11-13 2018-04-24 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种复合导电剂分层包覆的锂离子电池正极片及其制备方法
CN108470914A (zh) * 2018-06-05 2018-08-31 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所南昌研究院 一种石墨烯复合锂电导电浆料的制备方法
CN108807008A (zh) * 2018-06-06 2018-11-13 广东天劲新能源科技股份有限公司 一种锂离子电容器用纳米针状柔性钛酸锂/碳纳米管/石墨烯复合材料及其制备方法
CN109360990A (zh) * 2018-12-03 2019-02-19 重庆市典盈新材料科技有限公司 一种磷酸铁锂电芯正极导电剂浆料及其制备方法
CN109830685A (zh) * 2019-04-03 2019-05-31 哈尔滨万鑫石墨谷科技有限公司 一种复合导电浆料、其制备方法及用途

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109755533A (zh) * 2019-01-17 2019-05-14 桑顿新能源科技有限公司 正极浆料及其制备方法、正极及锂离子电池
CN111342145A (zh) * 2020-03-13 2020-06-26 湖北亿纬动力有限公司 一种长循环寿命磷酸铁锂电池及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111525137A (zh) 2020-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111525137B (zh) 一种正极浆料及其在电池中的应用
CN108383116A (zh) 人造石墨负极材料及其制备方法和锂离子电池负极
CN107706422A (zh) 石墨烯和碳纳米管的复合浆料及其制备方法、正极浆料及其方法
CN103633295A (zh) 一种硅碳复合材料、锂离子电池及其制备方法和应用
CN102683644A (zh) 一种锂离子电池正极浆料的制备方法
CN113471415A (zh) 一种复合包覆的锂离子电池正极材料及其制备方法
CN110492105B (zh) 一种正极材料及其制备的正极极片和得到的锂离子电池
CN105449269B (zh) 一种锂离子电池
CN110416522B (zh) 一种含锂复合负极材料、其制备方法和其在锂二次电池中的应用
CN109037592A (zh) 锂离子电池正极片及其制备方法、锂离子电池
CN105047863A (zh) 一种用于锂电池的正极材料及其制备方法
CN105355849A (zh) 锂电池负极添加剂、锂离子电池、制备方法及应用
CN105914394A (zh) 一种低温锂离子电池复合正极材料,低温锂离子电池正极极片及其制备方法,锂离子电池
Chen et al. Electrochemical performance of carbon nanotube-modified LiFePO4 cathodes for Li-ion batteries
CN114284465A (zh) 正极浆料的制备方法、正极极片及锂离子电池
CN108091878A (zh) 一种锂硫电池用石墨烯碳纳米管复合导电骨架的制备方法
CN113611838A (zh) 一种新型双掺杂混合无钴体系正极片,锂离子电池
Jia et al. In-situ formation of ultrafine ZnMn2O4-MnOOH composite nanoparticles embedded into porous carbon nanospheres for stable aqueous zinc-ion batteries
CN115020696A (zh) 正极活性材料、电化学装置和电子设备
Xie et al. Multi-functional groups decorated composite nanofiber separator with excellent chemical stability in ester-based electrolyte for enhancing the lithium-ion transport
CN117219777B (zh) 一种补锂剂及其制备方法、正极极片与二次电池
CN108598343B (zh) 一种红磷修饰的复合隔膜及其制备方法和应用
Cao et al. Boosting the comprehensive behaviors of LiNi0. 5Co0. 2Mn0. 3O2 lithium-ion batteries via CNTs/Super-P composite conductive agent
Duan et al. Preparation of carbon encapsulated core-shell Fe@ CoFe2O4 particles through the Kirkendall effect and application as advanced anode materials for lithium-ion batteries
CN112366320A (zh) 一种高电压正极导电剂及其用途

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