CN112201481A - 一种负极浆料、负极片及其制备方法和用途 - Google Patents
一种负极浆料、负极片及其制备方法和用途 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112201481A CN112201481A CN202011112350.9A CN202011112350A CN112201481A CN 112201481 A CN112201481 A CN 112201481A CN 202011112350 A CN202011112350 A CN 202011112350A CN 112201481 A CN112201481 A CN 112201481A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- negative electrode
- mass fraction
- slurry
- binder
- alcohol
- 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.)
- Pending
Links
- 239000011267 electrode slurry Substances 0.000 title claims abstract description 74
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 23
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 37
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000013543 active substance Substances 0.000 claims abstract description 3
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 45
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 42
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 38
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 28
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 239000006256 anode slurry Substances 0.000 claims description 25
- ZXEKIIBDNHEJCQ-UHFFFAOYSA-N isobutanol Chemical compound CC(C)CO ZXEKIIBDNHEJCQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 23
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 claims description 21
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 17
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 17
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 15
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 15
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 15
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 14
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 14
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 claims description 14
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 14
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 13
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 10
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 10
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 9
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 8
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 8
- NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N Acrylonitrile Chemical compound C=CC#N NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 7
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 4
- 238000000527 sonication Methods 0.000 claims description 2
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 2
- 239000006183 anode active material Substances 0.000 claims 1
- 239000006257 cathode slurry Substances 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 20
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 15
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 13
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 11
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 10
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 7
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- AHVYPIQETPWLSZ-UHFFFAOYSA-N N-methyl-pyrrolidine Natural products CN1CC=CC1 AHVYPIQETPWLSZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 3
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 description 3
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 238000006138 lithiation reaction Methods 0.000 description 3
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 3
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 3
- 239000012043 crude product Substances 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 description 1
- 125000000218 acetic acid group Chemical group C(C)(=O)* 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 239000006182 cathode active material Substances 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 1
- 238000004898 kneading Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- KFSLWBXXFJQRDL-UHFFFAOYSA-N peroxyacetic acid Substances CC(=O)OO KFSLWBXXFJQRDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/50—Electrodes characterised by their material specially adapted for lithium-ion capacitors, e.g. for lithium-doping or for intercalation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/32—Carbon-based
- H01G11/36—Nanostructures, e.g. nanofibres, nanotubes or fullerenes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/32—Carbon-based
- H01G11/38—Carbon pastes or blends; Binders or additives therein
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/48—Conductive polymers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
- H01G11/86—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof specially adapted for electrodes
-
- 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
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
本发明涉及一种负极浆料、负极片及其制备方法和用途,所述负极浆料包括负极活性物质、粘结剂、导电剂、弱酸、醇和溶剂;以所述负极浆料的总质量为100%计,负极活性物质的质量分数为40‑45%、粘结剂的质量分数为1.2‑3%、导电剂的质量分数为1.5‑3%、弱酸的质量分数为0.1‑0.2%、醇的质量分数为0.2‑0.3%和溶剂的质量分数为45‑60%。本发明提供的负极浆料,具有分散性和相容性好、粘结强度高的特性,由其制备的负极片表面分散均匀,剥离力高可达0.1N以上,膜片面电阻较低,在0.0000181Ohm/mm2以下,可满足工业物联网的需求。
Description
技术领域
本发明涉及混合电容器技术领域,具体涉及一种负极浆料、负极片及其制备方法和用途。
背景技术
随着化学电源技术的发展,超级电容器成功应用在消费电子类产品、能源交通、功率补偿等领域,其市场规模正在快速扩大。随着电动汽车的快速增长、智能电网的稳步推进和工业物联网的飞速发展,对超级电容器的能量密度和宽温性能提出了更高的要求,尤其是工业物联网电源一般要求能够满足宽温大电流放电且具有一定能量密度,如-50~125℃放电,能量密度10-80Wh/kg。因此,需要进一步提升锂离子电容器的宽温性能和能量密度。
目前,混合电容器中的锂离子电容器,因其具有较高的能量密度、较好的倍率性能和较宽的工作温度范围而备受关注。CN104409223A公开了一种锂离子电容器负极片,该负极片是将活性材料、导电剂、粘结剂混合成浆料后涂覆于集流体得到,其中,负极活性物质为球形聚酰亚胺炭材料,集流体具有可以自由穿梭锂离子的孔道结构,开孔率为20%~60%,厚度为10~30μm。该负极片具有球形度好、粒径小、比表面积高、导电性好成本低的优点,可以有效提高锂离子电容器中锂离子在负极材料中的嵌入/脱出速度,从而提高锂离子电容器的大电流充放电能力,但是该发明提供的负极片,电极材料与集流体的结合较差,在充放电过程中内阻较大、电极材料易脱落,进而影响锂离子电容器的放电性能。
CN105374571A公开了一种锂离子电容器负极片,包括负极集流体、设置在负极集流体上的负极活性层和设置在负极活性层上的预锂化层,负极活性层的材料包括硅基材料和可嵌入/脱出锂离子的负极活性材料,预锂化层的材料包括钝化锂粉。这种锂离子电容器负极片的负极活性层中,硅基材料容量大且其预嵌锂后的体积膨胀弥补了预锂化层消失留下的空间,应用于锂离子电容器时,不会因为预嵌锂完成后预锂化层消失而引起电芯松动、变形,从而降低了锂离子电容器的阻抗,提高了锂离子电容器的功率密度,并提高了锂离子电容器的使用寿命。该发明尽管降低了锂离子电容器的阻抗,提高了功率密度和使用寿命,但不能满足工业物联网对电源的倍率性能的需求,预锂化过程增加了制造成本。
CN108428564A公开了一种锂离子电容器用负极片的制备方法,包括:(1)将负极活性材料、SLMP、导电剂、粘结剂在溶剂中充分捏合,得到软泥状粗产品;(2)将步骤(1)中所得软泥状粗产品分步热压延成低溶剂含量的粗膜,随后真空干燥粗膜并精轧,得到含SLMP的干电极膜;(3)将步骤(2)中的干电极膜热复合于覆碳铜箔上,即得锂离子电容器用负极片。采用该发明的技术方案,可以有效解决现有锂离子电容器负极片粘结性差、压实密度低、产品嵌锂深度及均匀性差的缺点,但是该发明仍然不能解决负极片表面分散不均的问题,无法扩宽锂离子电容器的工作温度范围,不能满足工业物联网的需求。
基于上述文献的研究,如何开发一种分散性和相容性好、粘结强度高的负极浆料,由其制备的负极片具有膜片面电阻低,膜片分散均匀和剥离力高的特点,满足工业物联网电源应用需求,成为亟待解决的问题。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题,本发明提供一种负极浆料、负极片及其制备方法和用途。所述负极浆料,通过对传统负极配方的改进,使用弱酸和醇,使其具有分散性和相容性好、粘结强度高的特点,由其制备的负极片,解决膜片面电阻高,膜片分散不均和剥离力偏低的问题,所述负极片制备的混合电容器具有较低的内阻、优异的倍率性能。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
第一方面,本发明提供一种负极浆料,所述负极浆料包括负极活性物质、粘结剂、导电剂、弱酸、醇和溶剂;
以所述负极浆料的总质量为100%计,负极活性物质的质量分数为40-45%、粘结剂的质量分数为1.2-3%、导电剂的质量分数为1.5-3%、弱酸的质量分数为0.1-0.2%、醇的质量分数为0.2-0.3%和溶剂的质量分数为45-60%。
本发明中,以所述负极浆料的总质量为100%计,负极活性物质的质量分数为40-45%,例如,40%、41%、42%或45%等;粘结剂的质量分数为1.2-3%,例如,1.2%、1.5%、1.8%、2%、2.5%或3%等;导电剂的质量分数为1.5-3%,例如,1.5%、1.8%、2.1%、2.4%、2.7%或3%等;弱酸的质量分数为0.1-0.2%,例如,0.1%、0.12%、0.14%或0.2%等;醇的质量分数为0.2-0.3%,例如,0.2%、0.22%、0.24%或0.3%等;溶剂的质量分数为45-60%,例如,45%、50%、55%或60%等。
本发明提供的负极浆料,通过对传统负极配方进行改进,弱酸的使用,可以在后续制备极片过程中,腐蚀铜箔等集流体表面,增强膜片与集流体的粘结作用,降低极片电阻,提升电容器的放电性能;醇的使用,减小粘结剂的极性,提高负极活性物质和粘结剂的相容性,此外,醇具有强烈的消泡作用,易催化粘结剂网状交联,提高粘结强度和浆料分散效果。
本发明提供的负极浆料,通过弱酸和醇的配合使用,有效改善浆料的分散效果、相容性和粘结强度。所述负极浆料,通过各物质的相互作用,具有分散性和相容性好、粘结强度高的特性,由其制备的负极片具有较高的剥离力(在0.1N以上)和较低膜片面电阻(在0.0000181Ohm/mm2以下),满足工业物联网的需求。
优选地,所述负极活性物质包括人造石墨、天然石墨或无定形碳中的任意一种或至少两种的组合,其中典型但非限制性组合有:人造石墨和无定形碳,天然石墨和人造石墨,无定形碳和天然石墨,优选为无定型碳。
优选地,所述粘结剂包括PVDF、PTFE、丙烯腈多元共聚物、PAA或PVA中的任意一种或至少两种的组合,其中典型但非限制性组合有:PVDF和丙烯腈多元共聚物,PTFE和PVDF,PTFE和丙烯腈多元共聚物,PAA和PVDF,PTFE和PVA等,优选为PVDF。
本发明中,对所述丙烯腈多元共聚物不作具体的限定,可以是LA132,也可以是LA133,只要是本领域技术人员常用的种类,均适用于本发明。
优选地,所述导电剂包括碳纤维、碳纳米管或导电炭黑中的任意一种或至少两种的组合。
优选地,所述弱酸包括乙二酸、柠檬酸或乙酸中的任意一种或至少两种的组合,其中典型但非限制性组合有:乙二酸和乙酸,柠檬酸和乙二酸,柠檬酸和乙酸,优选为乙二酸;所述弱酸单位质量内含解离的H+较多,需求量较少,可有效腐蚀铜箔表面,增强粉料与铜箔的粘结作用,降低极片电阻,有利于提升能量密度和电容器的放电性能。
优选地,所述醇包括异丙醇、乙二醇或异丁醇中的任意一种或至少两种的组合,其中典型但非限制性组合有:异丙醇和异丁醇,乙二醇和异丙醇,乙二醇和异丁醇,优选为异丙醇;所述醇减小粘结剂溶液的极性,提高负极主材和粘合剂溶液的相容性;所述醇具有强烈的消泡作用,易催化粘合剂网状交链,提高粘结强度和分散效果。
作为本发明优选的技术方案,以所述负极浆料的总质量为100%计,负极活性物质的质量分数为41-44%,例如,41%、42%、43%或44%等;粘结剂的质量分数为1.3-2%,例如,1.3%、1.4%、1.6%、1.8%或2%等;导电剂的质量分数为2-2.6%,例如,2%、2.2%、2.4%或2.6%等;弱酸的质量分数为0.15-0.2%,例如,0.15%、0.17%、0.19%或0.2%等;醇的质量分数为0.2-0.28%,例如,0.2%、0.22%、0.25%或0.28%等;溶剂的质量分数为48-55%,例如,48%、50%、53%或55%等。上述质量分数的选择,基于实验筛选的结果。
第二方面,本发明提供一种负极片,所述负极片包括集流体和膜片,所述膜片由上述第一方面所述的负极浆料制成。
本发明提供的负极片,膜片分散性较好,所述膜片与集流体的粘结作用较强,使得所述负极片的膜片面电阻较低,剥离力较高,能够满足工业物联网的需求。
第三方面,本发明提供一种如上述第二方面所述的负极片的制备方法,所述方法包括以下步骤:
(1)将负极活性物质、粘结剂、导电剂、弱酸、醇和溶剂按比例混合,得到负极浆料;
(2)将步骤(1)得到的负极浆料涂覆于集流体表面,烘烤,得到所述的负极片。
本发明提供的负极片的制备方法,使用的负极浆料中含有弱酸,所述弱酸可以腐蚀铜箔等集流体表面,增强膜片与集流体的粘结作用,降低极片电阻,提升电容器的放电性能;所述负极浆料中醇的使用,减小粘结剂的极性,提高负极活性物质和粘结剂的相容性;此外,醇具有强烈的消泡作用,易催化粘结剂网状交联,提高粘结强度和浆料分散效果;所述弱酸和醇配合使用,既可以降低极片内阻,又可以提升极片剥离力;所述制备方法,通过负极浆料中各物质的相互作用,使得所述负极片具有较高的剥离力,可达0.1N以上,较低的膜片面电阻,在在0.0000181Ohm/mm2以下,满足工业物联网的需求。
本发明提供的负极片的制备方法,步骤(2)中烘烤的作用是去除极片中溶剂及其他可挥发组分,保证极片的电化学性能。
本发明中,对集流体的种类不作具体的限定,可以是电解铜箔、也可以是腐蚀铜箔,还可以是包覆型铜箔,只要是本领域技术人员常用的种类,均适用于本发明。
作为本发明优选的技术方案,步骤(1)所述混合的方式包括以下步骤:
(a)将粘结剂与导电剂、溶剂混合,得到导电胶;
(b)向步骤(a)中得到的导电胶中加入负极活性物质、弱酸和醇混合,得到负极浆料。
本发明中,对溶剂的种类不作具体的限定,可以是N-甲基吡咯烷酮,也可以是超纯水,还可以是去离子水,只要是本领域技术人员常用的种类,均适用于本发明。
优选地,步骤(a)和步骤(b)所述混合的方式独立地包括搅拌和/或超声。所述“独立地”是指步骤(a)和步骤(b)的混合方式,相互不受影响,若步骤(a)的混合方式为搅拌,步骤(b)的混合方式可以是搅拌,也可以是超声。
优选地,步骤(1)所述负极浆料的固含量为40-55%,例如可以是40%、43%、46%、48%、50%、52%或55%等,优选为45-52%。
优选地,步骤(1)所述负极浆料的粘度为4000-6000cp,例如可以是4000cp、4500cp、5000cp、5500cp或6000cp等,优选为4000-5500cp;所述粘度适中,使得浆料具有良好的流动性,方便涂布。
本发明中,对集流体的厚度不作具体的限定,只要是本领域技术人员常用的集流体厚度,均适用于本发明。
优选地,步骤(2)所述集流体的厚度为4-12μm,例如可以是4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm或12μm等,优选为6-10μm。
优选地,步骤(2)所述涂覆的方式包括转移式涂布、喷涂或旋涂中的任意一种,优选为转移式涂布。
优选地,步骤(2)所述烘烤的温度为80-120℃,例如可以是80℃、85℃、90℃、95℃、100℃、105℃、110℃或120℃等,优选为100-110℃。
优选地,步骤(2)所述烘烤的时间为5-30min,例如可以是5min、10min、15min、20min、25min或30min等,优选为10-20min。
作为本发明进一步优选的技术方案,所述方法包括以下步骤:
(1)将粘结剂和导电剂、溶剂搅拌混合,得到导电胶,向所述导电胶中加入负极活性物质、弱酸和醇搅拌混合,得到固含量为45-52%、粘度为4000-5500cp的负极浆料;
以所述负极浆料的总质量为100%计,粘结剂的质量分数为1.3-2%、导电剂的质量分数为2-2.6%、负极活性物质的质量分数为41-44%、弱酸的质量分数为0.15-0.2%、醇的质量分数为0.2-0.28%和溶剂的质量分数为48-55%;
所述粘结剂包括PVDF、PTFE、丙烯腈多元共聚物、PAA或PVA中的任意一种或至少两种的组合;
所述导电剂包括碳纤维、碳纳米管或导电炭黑中的任意一种或至少两种的组合;
所述负极活性物质包括人造石墨、天然石墨或无定形碳中的任意一种或至少两种的组合;
所述弱酸包括乙二酸、柠檬酸或乙酸中的任意一种或至少两种的组合;
所述醇包括异丙醇、乙二醇或异丁醇中的任意一种或至少两种的组合;
(2)将步骤(1)得到的负极浆料涂覆在铜箔表面,在100-110℃下烘烤10-20min,得到所述的负极片。
第四方面,本发明提供一种混合电容器,所述混合电容器包含如上述第二方面所述的负极片。
与现有技术相比,本发明至少有以下有益效果:
(1)本发明提供的负极浆料,使用弱酸可增强膜片与集流体的粘结作用,降低极片电阻;
(2)本发明提供的负极浆料,使用醇减小粘结剂的极性,提高负极活性物质和粘结剂的相容性,同时催化粘结剂网状交联,提高粘结强度和浆料分散效果;所述弱酸和醇配合使用,有效改善浆料的分散效果、相容性和粘结强度,由其制备的负极片分散效果好、剥离力较高,可达0.1N以上,膜片面电阻较低,在0.0000181Ohm/mm2以下。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明,本发明为达成预定的技术效果所采取的技术手段,对本发明的具体实施方式详细说明如下。
实施例1
本实施例提供一种负极浆料,以所述负极浆料的总质量为100%计,所述负极浆料包括:
实施例2
本实施例提供一种负极浆料,以所述负极浆料的总质量为100%计,所述负极浆料包括:
实施例3
本实施例提供一种负极浆料,以所述负极浆料的总质量为100%计,所述负极浆料包括:
实施例4
本实施例提供一种负极浆料,以所述负极浆料的总质量为100%计,所述负极浆料包括:
实施例5
与实施例1相比,区别仅在于,将负极浆料中的乙二酸替换为柠檬酸。
实施例6
与实施例1相比,区别仅在于,将负极浆料中的乙二酸替换为乙酸。
实施例7
与实施例1相比,区别仅在于,将负极浆料中的异丙醇替换为乙二醇。
实施例8
与实施例1相比,区别仅在于,将负极浆料中的异丙醇替换为异丁醇。
实施例9
本实施例提供一种负极浆料,以所述负极浆料的总质量为100%计,所述负极浆料包括:
实施例10
本实施例提供一种负极浆料,以所述负极浆料的总质量为100%计,所述负极浆料包括:
应用例1
本应用例提供一种负极片的制备方法,包括以下步骤:
采用实施例1的负极浆料配方,按比例将人造石墨、PVDF、碳纤维、乙二酸、异丙醇和NMP搅拌混合,得到固含量为45.5%、粘度为4500cp的负极浆料,将得到的负极浆料涂覆于9μm铜箔表面,在110℃下烘烤0.5h,得到所述的负极片。
应用例2
本应用例提供一种负极片的制备方法,包括以下步骤:
采用实施例2的负极浆料配方,按比例将PTFE、导电炭黑和超纯水搅拌混合,得到导电胶,向所述导电胶中加入无定形碳、柠檬酸和异丁醇搅拌混合,得到固含量为45.7%、粘度为4500cp的负极浆料,将得到的负极浆料涂覆于9μm铜箔表面,在110℃下烘烤0.5h,得到所述的负极片。
应用例3
本应用例提供一种负极片的制备方法,包括以下步骤:
采用实施例3的负极浆料配方,按比例将LA132、碳纳米管和NMP搅拌混合,得到导电胶,向所述导电胶中加入天然石墨、乙二醇和乙酸搅拌混合,得到固含量为45.7%、粘度为6000cp的负极浆料,将得到的负极浆料涂覆于9μm铜箔表面,在110℃下烘烤0.5h,得到所述的负极片。
应用例4
本应用例提供一种负极片的制备方法,包括以下步骤:
采用实施例4的负极浆料配方,按比例将LA132、碳纳米管和超纯水搅拌混合,得到导电胶,向所述导电胶中加入天然石墨、乙酸和乙二醇搅拌混合,得到固含量为45.7%、粘度为4500cp的负极浆料,将得到的负极浆料涂覆于9μm铜箔表面,在110℃下烘烤0.5h,得到所述的负极片。
应用例5
本应用例提供一种负极片的制备方法,包括以下步骤:
采用实施例5的负极浆料的配方,按比例将人造石墨、PVDF、碳纤维、柠檬酸、异丙醇和NMP搅拌混合,得到固含量为45.5%、粘度为4500cp的负极浆料,将得到的负极浆料涂覆于9μm铜箔表面,在110℃下烘烤0.5h,得到所述的负极片。
应用例6
本应用例提供一种负极片的制备方法,包括以下步骤:
采用实施例6的负极浆料的配方,按比例将人造石墨、PVDF、碳纤维、乙酸、异丙醇和NMP搅拌混合,得到固含量为45.5%、粘度为4500cp的负极浆料,将得到的负极浆料涂覆于9μm铜箔表面,在110℃下烘烤0.5h,得到所述的负极片。
应用例7
本应用例提供一种负极片的制备方法,包括以下步骤:
采用实施例7的负极浆料的配方,按比例将人造石墨、PVDF、碳纤维、乙二酸、乙二醇和NMP搅拌混合,得到固含量为45.5%、粘度为4500cp的负极浆料,将得到的负极浆料涂覆于9μm铜箔表面,在110℃下烘烤0.5h,得到所述的负极片。
应用例8
本应用例提供一种负极片的制备方法,包括以下步骤:
采用实施例8的负极浆料的配方,按比例将人造石墨、PVDF、碳纤维、乙二酸、异丁醇和NMP搅拌混合,得到固含量为45.5%、粘度为4500cp的负极浆料,将得到的负极浆料涂覆于9μm铜箔表面,在110℃下烘烤0.5h,得到所述的负极片。
应用例9
本应用例提供一种负极片的制备方法,包括以下步骤:
将实施例9的负极浆料的配方,按比例将人造石墨、PVDF、碳纤维、乙二酸、异丁醇和NMP搅拌混合,得到固含量为45.72%、粘度为4500cp的负极浆料,将得到的负极浆料涂覆于9μm铜箔表面,在80℃下烘烤0.5h,得到所述的负极片。
应用例10
本应用例提供一种负极片的制备方法,包括以下步骤:
采用实施例10的负极浆料的配方,按比例将LA132、碳纳米管和去离子水搅拌混合,得到导电胶,向所述导电胶中加入天然石墨、乙二醇和乙酸搅拌混合,得到固含量为51%、粘度为6000cp的负极浆料,将得到的负极浆料涂覆在9μm铜箔表面,在120℃下烘烤5min,得到所述的负极片。
对比例1
与应用例3相比,区别仅在于,本对比例提供的负极片的制备方法中,使用的负极浆料不含有乙酸。
对比例2
与应用例3相比,区别仅在于,本对比例提供的负极片的制备方法中,使用的负极浆料不含有乙二醇。
对比例3
与应用例3相比,区别仅在于,本对比例提供的正极的制备方法中,使用的负极浆料不含有乙酸和乙二醇。
负极片性能的评价:
将上述各实施例和对比例制备的负极片,测试极片剥离力和膜片电阻、与正极片组装成混合电容器电容器,进行内阻、室温倍率放电测试,测试方法如下:
极片剥离力测试:将一定尺寸的极片用3M双面胶固定在不锈钢板上,其中压敏3M-VHB双面胶贴在电极表面,另一面贴在不锈钢板上,将不锈钢板和集流体固定在拉力测试仪的两个夹具上,然后以10mm/min的速度,10N的载荷进行180度剥离测试,直至集流体完全被剥离下来时停止测试。
负极片膜片电阻率测试:采用四探针法测试上述各实施例和对比例的膜片电阻,其中涂层厚度统一控制在40μm。
室温倍率测试:将上述各实施例和对比例制备的负极片组装成混合电容器,在室温条件下进行3.8V&500C脉冲放电测试,记录脉冲1s后的终止电压。
电容器内阻测试:完成分容后直接在室温条件下测试混合电容器的内阻。
测试结果如表1所示。
表1
通过表1可以看出以下几点:
(1)综合应用例1-10可以看出,应用例1-10制备的负极片,具有较高的剥离力和倍率放电终止电压,较低的膜片电阻和内阻,这是因为负极浆料中使用了弱酸和醇;
(2)综合应用例1-10与对比例1-3可以看出,应用例1-10制备的负极片,其电化学性能较对比例1-3得到的负极片好,这是因为应用例1-10采用了可以改善极片粘结和分散的弱酸和醇。
综上,本发明提供的负极浆料,通过对传统负极配方进行改进,使用的弱酸,可以在后续制备极片过程中,腐蚀铜箔等集流体表面,增强膜片与集流体的粘结作用,降低极片电阻,提升电容器的放电性能;醇的使用,减小粘结剂的极性,提高负极活性物质和粘结剂的相容性;此外,醇具有强烈的消泡作用,易催化粘结剂网状交联,提高粘结强度和浆料的分散效果;所述负极浆料,通过弱酸和醇的配合使用,有效改善浆料的分散效果、相容性和粘结强度。所述负极浆料中各物质的相互作用,使得由其制备的负极片具有较高的剥离力、较低的膜片面电阻,所述负极片组装的混合电容器,具有倍率性能优异、内阻低的特性,满足工业物联网的需求。
申请人声明,本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征,但本发明并不局限于上述详细结构特征,即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、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 (10)
1.一种负极浆料,其特征在于,所述负极浆料包括负极活性物质、粘结剂、导电剂、弱酸、醇和溶剂;
以所述负极浆料的总质量为100%计,负极活性物质的质量分数为40-45%、粘结剂的质量分数为1.2-3%、导电剂的质量分数为1.5-3%、弱酸的质量分数为0.1-0.2%、醇的质量分数为0.2-0.3%和溶剂的质量分数为45-60%。
2.根据权利要求1所述的负极浆料,其特征在于,所述负极活性物质包括人造石墨、天然石墨或无定形碳中的任意一种或至少两种的组合,优选为无定型碳;
优选地,所述粘结剂包括PVDF、PTFE、丙烯腈多元共聚物、PAA或PVA中的任意一种或至少两种的组合,优选为PVDF;
优选地,所述导电剂包括碳纤维、碳纳米管或导电炭黑中的任意一种或至少两种的组合;
优选地,所述弱酸包括乙二酸、柠檬酸或乙酸中的任意一种或至少两种的组合,优选为乙二酸;
优选地,所述醇包括异丙醇、乙二醇或异丁醇中的任意一种或至少两种的组合,优选为异丙醇。
3.根据权利要求1或2所述的负极浆料,其特征在于,以所述负极浆料的总质量为100%计,负极活性物质的质量分数为41-44%、粘结剂的质量分数为1.3-2%、导电剂的质量分数为2-2.6%、弱酸的质量分数为0.15-0.2%、醇的质量分数为0.2-0.28%和溶剂的质量分数为48-55%。
4.一种负极片,其特征在于,所述负极片包括集流体和膜片;
所述膜片由权利要求1-3任一项所述的负极浆料制成。
5.一种根据权利要求4所述的负极片的制备方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
(1)将负极活性物质、粘结剂、导电剂、弱酸、醇和溶剂按比例混合,得到负极浆料;
(2)将步骤(1)得到的负极浆料涂覆于集流体表面,烘烤,得到所述的负极片。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,步骤(1)所述混合的方式包括以下步骤:
(a)将粘结剂与导电剂、溶剂混合,得到导电胶;
(b)向步骤(a)中得到的导电胶中加入负极活性物质、弱酸和醇混合,得到负极浆料;
优选地,步骤(a)和步骤(b)所述混合的方式独立地包括搅拌和/或超声。
7.根据权利要求5或6所述的方法,其特征在于,步骤(1)所述负极浆料的固含量为40-55%,优选为45-52%;
优选地,步骤(1)所述负极浆料的粘度为4000-6000cp,优选为4000-5500cp。
8.根据权利要求5-7任一项所述的方法,其特征在于,步骤(2)所述集流体的厚度为4-12μm,优选为6-10μm;
优选地,步骤(2)所述涂覆的方式包括转移式涂布、喷涂或旋涂中的任意一种,优选为转移式涂布;
优选地,步骤(2)所述烘烤的温度为80-120℃,优选为100-110℃;
优选地,步骤(2)所述烘烤的时间为5-30min,优选为10-20min。
9.根据权利要求5-8任一项所述的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
(1)将粘结剂和导电剂、溶剂搅拌混合,得到导电胶,向所述导电胶中加入负极活性物质、弱酸和醇搅拌混合,得到固含量为45-52%、粘度为4000-5500cp的负极浆料;
以所述负极浆料的总质量为100%计,粘结剂的质量分数为1.3-2%、导电剂的质量分数为2-2.6%、负极活性物质的质量分数为41-44%、弱酸的质量分数为0.15-0.2%、醇的质量分数为0.2-0.28%和溶剂的质量分数为48-55%;
所述粘结剂包括PVDF、PTFE、丙烯腈多元共聚物、PAA或PVA中的任意一种或至少两种的组合;
所述导电剂包括碳纤维、碳纳米管或导电炭黑中的任意一种或至少两种的组合;
所述负极活性物质包括人造石墨、天然石墨或无定形碳中的任意一种或至少两种的组合;
所述弱酸包括乙二酸、柠檬酸或乙酸中的任意一种或至少两种的组合;
所述醇包括异丙醇、乙二醇或异丁醇中的任意一种或至少两种的组合;
(2)将步骤(1)得到的负极浆料涂覆在铜箔表面,在100-110℃下烘烤10-20min,得到所述的负极片。
10.一种混合电容器,其特征在于,所述混合电容器包含如权利要求4所述的负极片。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202011112350.9A CN112201481A (zh) | 2020-10-16 | 2020-10-16 | 一种负极浆料、负极片及其制备方法和用途 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202011112350.9A CN112201481A (zh) | 2020-10-16 | 2020-10-16 | 一种负极浆料、负极片及其制备方法和用途 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN112201481A true CN112201481A (zh) | 2021-01-08 |
Family
ID=74009278
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202011112350.9A Pending CN112201481A (zh) | 2020-10-16 | 2020-10-16 | 一种负极浆料、负极片及其制备方法和用途 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN112201481A (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102023104534A1 (de) | 2022-11-08 | 2024-05-08 | GM Global Technology Operations LLC | Sandwich-strukturierte, vorlithiierte anodenelektrode für all-festkörperbatterien |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101154720A (zh) * | 2006-09-29 | 2008-04-02 | 深圳市比克电池有限公司 | 一种锂电池的负极浆料、制备方法及锂电池 |
TW201515307A (zh) * | 2013-10-08 | 2015-04-16 | Christine Jill Lee | 製備鋰電池電極之方法 |
CN104577042A (zh) * | 2014-12-23 | 2015-04-29 | 山东精工电子科技有限公司 | 锂离子电池负极浆料及制备方法 |
CN108091849A (zh) * | 2017-12-11 | 2018-05-29 | 北京国能电池科技有限公司 | 锂离子电池负极材料及其制备方法与锂离子电池 |
US20190067685A1 (en) * | 2017-08-31 | 2019-02-28 | Contemporary Amperex Technology Co., Limited | Negative electrode slurry, negative electrode plate and electrochemical energy storage device |
CN111224072A (zh) * | 2018-11-24 | 2020-06-02 | 深圳市三奇科技有限公司 | 一种超低温锂离子电池负极浆料配料的方法 |
-
2020
- 2020-10-16 CN CN202011112350.9A patent/CN112201481A/zh active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101154720A (zh) * | 2006-09-29 | 2008-04-02 | 深圳市比克电池有限公司 | 一种锂电池的负极浆料、制备方法及锂电池 |
TW201515307A (zh) * | 2013-10-08 | 2015-04-16 | Christine Jill Lee | 製備鋰電池電極之方法 |
CN104577042A (zh) * | 2014-12-23 | 2015-04-29 | 山东精工电子科技有限公司 | 锂离子电池负极浆料及制备方法 |
US20190067685A1 (en) * | 2017-08-31 | 2019-02-28 | Contemporary Amperex Technology Co., Limited | Negative electrode slurry, negative electrode plate and electrochemical energy storage device |
CN108091849A (zh) * | 2017-12-11 | 2018-05-29 | 北京国能电池科技有限公司 | 锂离子电池负极材料及其制备方法与锂离子电池 |
CN111224072A (zh) * | 2018-11-24 | 2020-06-02 | 深圳市三奇科技有限公司 | 一种超低温锂离子电池负极浆料配料的方法 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102023104534A1 (de) | 2022-11-08 | 2024-05-08 | GM Global Technology Operations LLC | Sandwich-strukturierte, vorlithiierte anodenelektrode für all-festkörperbatterien |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5413368B2 (ja) | 電気化学素子用電極の製造方法 | |
CN101116201B (zh) | 二次电池集电器、二次电池阴极、二次电池阳极、二次电池及其制造方法 | |
KR20070100353A (ko) | 이차전지용 집전기, 이차전지 양극, 이차전지 음극,이차전지 및 그들의 제조 방법 | |
CN113054155A (zh) | 一种极片的制备方法和锂离子电池 | |
CN111554880B (zh) | 一种负极片、负极浆料、负极浆料的制备方法及电池 | |
CN112713266B (zh) | 负极浆料及其应用 | |
CN114709566B (zh) | 一种超薄涂覆隔膜及其制备方法 | |
CN112290028B (zh) | 一种锂离子电池负极集流体的制备方法 | |
CN107546363A (zh) | 负极片及锂离子电池 | |
CN111554937A (zh) | 负极浆料、负极片及其制备方法 | |
TW201843870A (zh) | 蓄電裝置用集電體、其製造方法,及用於其製造的塗覆液 | |
CN112736247A (zh) | 水系复合粘结剂、负极浆料及其制备方法、负极片、锂离子电芯、锂离子电池包及其应用 | |
CN105977495B (zh) | 一种锂离子电池集流体用石墨纸的制备方法 | |
CN112687836B (zh) | 一种锂电池极片涂布方法 | |
CN112201481A (zh) | 一种负极浆料、负极片及其制备方法和用途 | |
CN113839037B (zh) | 导电剂、电极浆料、电极片及电池 | |
CN114628648A (zh) | 一种高性能硅碳负极极片及其制备方法 | |
CN117133921A (zh) | 一种钠离子电池负极浆料、极片及极片制备方法 | |
CN113745511A (zh) | 导电浆料及制备方法、负极集流体、负极片、锂离子电芯、锂离子电池包及其应用 | |
CN116666641A (zh) | 多元纳米碳导电预涂层改性集流体及其制备方法与应用 | |
CN114824164B (zh) | 一种锂离子电池负极及其制备方法和锂离子电池 | |
CN113248989B (zh) | 一种导电涂层浆料及其制备方法和应用 | |
CN115441042A (zh) | 一种低温型磷酸铁锂电池及其制备方法 | |
CN114639801A (zh) | 正极极片及其制备方法和应用 | |
CN114335419A (zh) | 一种锂电池负极极片和锂电池 |
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 | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210108 |
|
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |