CN112928240A - 一种锂离子电池正极片及其制备方法 - Google Patents

一种锂离子电池正极片及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种锂离子电池正极片，包括正极集流体以及依次涂覆于正极集流体上的导电涂覆层以及活性浆料层，所述活性浆料层以质量百分比计包括95％LiFePO4活性物质，2.8％导电剂，2.2％粘结剂；导电涂覆层以质量百分比计包括10％导电剂，2％粘结剂，1％乙醇，1％丙酮以及86％去离子水；所述粘结剂为聚偏氟乙烯，所述导电剂为导电炭黑，所述正极活性物质为LiFePO4。本发明制备方法简单，可有效地提高极片导电能力，明显地降低了电池内部锂离子传递阻抗，明显地降低了电池直流内阻，可改善电池的循环稳定性能。

Description

一种锂离子电池正极片及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电池正极片及其制备方法。
背景技术
锂离子具有高能量密度、重量轻、高电压、环保等优点，因此广泛应用于手机、数码相机、UPS电源以及电动汽车等设备。其中磷酸铁锂电池电压平台稳定、循环性能好、原材料丰富已成为当前最具有发展前景的正极材料。但是磷酸铁锂电池独特的橄榄石型结构，电子及离子传输速率低，因此需要加入导电剂提高其导电性能。
常规的正极导电剂有SP、CNTs等，粘结剂有HSV900、Solef-5130等。以上述体系制备的正极浆料涂布于集流体上时，大部分导电剂由于分散效果不佳、粘结剂粘结能力不强而上浮于极片表面，导致极片的导电能力变差，因而增加电池的直流内阻，降低电池的循环性能。
LiTX300与ECP的导电能力、分散能力比SP、CNTs更强，HSV1810的分子量较大，粘度与粘结能力均强于传统粘结剂，若以上述导电剂、粘结剂体系制备正极浆料，在制成极片后导电剂会更加均匀的分布在各处，导电能力会显著提高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的缺陷，本发明提出了一种锂离子电池正极片及其制备方法，提高正极片的导电能力，降低电池内部阻抗，提锂离子电池的循环性能。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种锂离子电池正极片，其特征在于，包括正极集流体以及依次涂覆于正极集流体上的导电涂覆层以及活性浆料层，所述活性浆料层以质量百分比计包括95％LiFePO4活性物质，2.8％导电剂，2.2％粘结剂。
进一步地，所述导电涂覆层以质量百分比计包括10％导电剂，2％粘结剂，1％乙醇，1％丙酮以及86％去离子水。
进一步地，所述粘结剂为聚偏氟乙烯，所述导电剂为导电炭黑，所述正极活性物质为LiFePO4。
进一步地，所述活性浆料层还包括用于进行黏度调节的有机溶剂，所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
进一步地，所述活性浆料层黏度为400-600mPa.s。
进一步地，所述导电涂覆层黏度为500-1000mPa.s。
进一步地，所述导电浆料涂覆面密度为1.0±0.1mg/cm2，涂覆厚度为1±0.1μm；所述活性物质浆料涂覆面密度为27.6±0.3mg/cm2；辊压极片压实密度为2.40g/cm3，厚度为132±3μm。
进一步地，一种锂离子电池正极片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将导电涂覆层所需材料安装配方比例加入搅拌器中，匀浆分散调节至粘度为500-1000mPa.s得导电浆料，待用；
S2、将活性浆料层所需材料安装配方比例加入搅拌器中，匀浆分散调节至粘度为4000-6000mPa.s得活性物质浆料，待用；
S3、将S1中所得导电涂覆层涂覆于正极集流体表面进行烘烤待用；
S4、将S2中所得活性浆料涂覆于导电涂覆层表面，经烘烤辊压后即得正极极片。
进一步地，所述S3中烘烤温度为80-105℃，烘烤时间为10-15min；所述S4中烘烤温度为80-105℃，烘烤时间为20-30min。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
1)制备方法简单，可有效地提高极片导电能力。
2)明显地降低了电池内部锂离子传递阻抗。
3)明显地降低了电池直流内阻，可改善电池的循环稳定性能。
附图说明
参照附图来说明本发明的公开内容。应当了解，附图仅仅用于说明目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。在附图中，相同的附图标记用于指代相同的部件。其中：
图1为正极涂覆结构图。
图2为实施例与对比例的极片内阻测试结果。
图3为实施例与对比例常温25℃、频率0.01-4000Hz下的交流阻抗测试结果图。
图4为实施例与对比例在常温25℃、2C电流密度充放电30s的直流阻抗测试结果。
图5为实施例与对比例在常温25℃、1C/1C的循环测试结果。
图中标号：1-集流体，2-涂覆层，3-活性浆料层。
具体实施方式
容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。
根据本发明的一实施方式结合图1示出。一种锂离子电池正极片，其特征在于，包括正极集流体1以及依次涂覆于正极集流体1上的导电涂覆层2以及活性浆料层3，活性浆料层3以质量百分比计包括95％LiFePO4活性物质，2.8％导电剂，2.2％粘结剂。导电涂覆层2以质量百分比计包括10％导电剂，2％粘结剂，1％乙醇，1％丙酮以及86％去离子水。其中，粘结剂为聚偏氟乙烯，导电剂为导电炭黑，正极活性物质为LiFePO4。
活性浆料层3黏度为400-600mPa.s，导电涂覆层2黏度为500-1000mPa.s，导电浆料涂覆面密度为1.0±0.1mg/cm2，涂覆厚度为1±0.1μm；活性物质浆料涂覆面密度为27.6±0.3mg/cm2；辊压极片压实密度为2.40g/cm3，厚度为132±3μm。
一种锂离子电池正极片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将导电涂覆层2所需材料安装配方比例加入搅拌器中，匀浆分散调节至粘度为500-1000mPa.s得导电浆料，待用；
S2、将活性浆料层3所需材料安装配方比例加入搅拌器中，匀浆分散调节至粘度为4000-6000mPa.s得活性物质浆料，待用；
S3、将S1中所得导电涂覆层2涂覆于正极集流体1表面进行烘烤待用；
S4、将S2中所得活性浆料涂覆于导电涂覆层2表面，经烘烤辊压后即得正极极片。
S3中烘烤温度为80-105℃，烘烤时间为10-15min；S4中烘烤温度为80-105℃，烘烤时间为20-30min。
以下结合实施例作具体说明。
实施例1
所示如图1所示的一种锂离子电池正极片，包括正极集流体1，正极集流体表面涂覆有导电涂覆层2，导电涂覆层由以下质量百分比的组分制成：导电炭黑0.0543kg，聚偏氟乙烯0.0109kg，乙醇0.054kg，丙酮0.054kg，去离子水0.478kg；导电涂覆层2表面涂覆有活性浆料层3，所述活性浆料层由以下质量百分比的组分制成：安达(行业商标)LiFePO4活性物质10.5kg，德方(行业商标)LiFePO4活性物质4.5kg，导电剂(0.237kg导电炭黑SP+0.126kg LiTX300+0.079kg ECP)，粘结剂(0.313kg聚偏氟乙烯HSV900+0.034kg聚偏氟乙烯HSV1800)。匀浆时加入部分N-甲基吡咯烷酮进行粘度调节。
上述锂离子电池正极片通过以下方法制备得到：
(1)将导电涂覆层2所需材料按照配方比例加入搅拌器中，匀浆分散调节至粘度550mPa.s得导电浆料，待用；
(2)将活性浆料层3所需材料按照配方比例加入搅拌器中，匀浆分散调节至粘度4500mPa.s得活性物质浆料，待用；
(3)将步骤(1)所得的导电浆料涂覆于正极集流体表面，涂覆面密度为0.99mg/cm2；经烘干形成正极导电层，正极导电层厚度为17μm，待用；
(4)在步骤(3)的正极导电层上涂覆活性物质层浆料，活性浆料层面密度为27.5mg/cm2；极片压实密度为2.40g/cm3，辊压后极片厚度为131μm。经烘干辊压后得到所述锂离子电池正极片。
实施例2
所示如图1所示的一种锂离子电池正极片，包括正极集流体1，正极集流体表面涂覆有导电涂覆层2，导电涂覆层由以下质量百分比的组分制成：导电炭黑0.0543kg，聚偏氟乙烯0.0109kg，乙醇0.054kg，丙酮0.054kg，去离子水0.478kg；导电涂覆层2表面涂覆有活性浆料层3，所述活性浆料层由以下质量百分比的组分制成：安达(行业商标)LiFePO4活性物质10.5kg，德方(行业商标)LiFePO4活性物质4.5kg，导电剂(0.158kg导电炭黑SP+0.158kg LiTX300+0.126kg ECP)，粘结剂(0.278kg聚偏氟乙烯HSV900+0.069kg聚偏氟乙烯HSV1800)。匀浆时加入部分N-甲基吡咯烷酮进行粘度调节。
上述锂离子电池正极片通过以下方法制备得到：
(1)将导电涂覆层2所需材料按照配方比例加入搅拌器中，匀浆分散调节至粘度600mPa.s得导电浆料，待用；
(2)将活性浆料层3所需材料按照配方比例加入搅拌器中，匀浆分散调节至粘度4700mPa.s得活性物质浆料，待用；
(3)将步骤(1)所得的导电浆料涂覆于正极集流体表面，涂覆面密度为0.99mg/cm2；经烘干形成正极导电层，正极导电层厚度为17μm，待用；
(4)在步骤(3)的正极导电层上涂布活性物质层浆料，活性浆料层面密度为27.6mg/cm2；极片压实密度为2.40g/cm3，辊压后极片厚度为132μm。经烘干辊压后得到所述锂离子电池正极片。
对比例
采用与实施例1相同的方法和步骤制备正极片，不同的是活性浆料层中，导电剂为(0.363kg导电炭黑SP+0.079kg CNTs)，粘结剂为(0.347kg聚偏氟乙烯HSV900)，；导
电浆料层涂覆面密度为0.99mg/cm2，活性浆料层面密度为27.6mg/cm2；极片压实密度为2.40g/cm3，辊压后极片厚度为132μm。经烘干辊压后得到所述锂离子电池正极片。
将上述实施例与对比例锂离子电池正极片按照相同工艺组装成成品电池。对其容量、效率、交流阻抗、直流内阻分别进行测试。
实施例与对比例的极片内阻测试结果如图2所示，实施例的极片内阻低于对比例，这有利于极片导电能力的提升；
实施例与对比例常温25℃、频率0.01-4000Hz下的交流阻抗测试结果如图3所示，实施例的欧姆阻抗、电荷转移阻抗低于对比例，这有利于降低电池的极化，提升循环稳定性能；
实施例与对比例在常温25℃、2C电流密度充放电30s的直流阻抗测试结果如图4所示，实施例的充放电直流内阻均小于对比例，电池的倍率性能得到了改善。
实施例与对比例在常温25℃、1C/1C的循环测试结果如图5所示，实施例的循环趋势明显优于对比例，电池的循环性能得到了改善。
本发明的技术范围不仅仅局限于上述说明中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本发明技术思想的前提下，对上述实施例进行多种变形和修改，而这些变形和修改均应当属于本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种锂离子电池正极片，其特征在于，包括正极集流体(1)以及依次涂覆于正极集流体(1)上的导电涂覆层(2)以及活性浆料层(3)，所述活性浆料层(3)以质量百分比计包括95％LiFePO4活性物质，2.8％导电剂，2.2％粘结剂。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极片，其特征在于，所述导电涂覆层(2)以质量百分比计包括10％导电剂，2％粘结剂，1％乙醇，1％丙酮以及86％去离子水。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池正极片，其特征在于，所述粘结剂为聚偏氟乙烯，所述导电剂为导电炭黑，所述正极活性物质为LiFePO4。
4.根据权利要求2或3所述的锂离子电池正极片，其特征在于，所述活性浆料层(3)还包括用于进行黏度调节的有机溶剂，所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池正极片，其特征在于，所述活性浆料层(3)黏度为400-600mPa.s。
6.根据权利要求2所述的锂离子电池正极片，其特征在于，所述导电涂覆层(2)黏度为500-1000mPa.s。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池正极片，其特征在于，所述导电浆料涂覆面密度为1.0±0.1mg/cm2，涂覆厚度为1±0.1μm；所述活性物质浆料涂覆面密度为27.6±0.3mg/cm2；辊压极片压实密度为2.40g/cm3，厚度为132±3μm。
8.一种如权利要求1-7任一所述的锂离子电池正极片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将导电涂覆层(2)所需材料安装配方比例加入搅拌器中，匀浆分散调节至粘度为500-1000mPa.s得导电浆料，待用；
S2、将活性浆料层(3)所需材料安装配方比例加入搅拌器中，匀浆分散调节至粘度为4000-6000mPa.s得活性物质浆料，待用；
S3、将S1中所得导电涂覆层(2)涂覆于正极集流体(1)表面进行烘烤待用；
S4、将S2中所得活性浆料涂覆于导电涂覆层(2)表面，经烘烤辊压后即得正极极片。
9.根据权利要求8所述的锂离子电池正极片的制备方法，其特征在于，所述S3中烘烤温度为80-105℃，烘烤时间为10-15min；所述S4中烘烤温度为80-105℃，烘烤时间为20-30min。
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