CN113707838A - 一种改善高压实锂离子电池极片电解液浸润性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改善高压实锂离子电池极片电解液浸润性的方法，涉及锂离子电池技术领域，是将中空纳米碳纤维作为导电剂添加到高压实锂离子电池极片浆料中，再将极片浆料涂布在集流体上，经辊压、分切得到极片。本发明将中空纳米碳纤维作为导电剂添加到极片浆料中，由于其中空结构，能够构建电解液传输微通道，有利于极片吸纳更多的电解液；而且其管状结构可以利用毛细管原理，源源不断的将电解液吸入到极片中，保持极片内部电解液量，从而使得锂离子可以顺利快速嵌入，有利于提高极片电解液浸润性，从而提升电池循环寿命。

Description

一种改善高压实锂离子电池极片电解液浸润性的方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种改善高压实锂离子电池极片电解液浸润性的方法。
背景技术
随着整车续航里程的提升，高能量密度的电池需求显著增高。为了提升电池能量密度，极片的压实密度越来越高。较大的压实密度会导致极片的孔隙率降低，从而电解液很难浸润到极片空隙中，导致极片保液量降低，不利于电池性能发挥。
为了提高电解液浸润，通常的方法是注液后采用高温静置或者真空静置，或者采用复杂的化成流程等。其中，专利CN109065826公开了一种高容量高压实负极锂离子电池的浸润方法，该发明在高温浸润的基础上，采用抽真空注液、高温搁置、预化成、高温搁置、二次注液封口、续化成一共六个阶段。该方法对极片浸润具有一定的改善效果，但是流程复杂，且耗时较长，大大降低了生产效率。专利CN106848187公开了一种提高锂离子电池极片吸液速度及吸液量的方法，该发明采用持续真空静置或间歇式真空静置的方法，可以提高锂离子电池极片的吸液量和吸液速度，缩短浸润时间。但是此方法是在注液后抽真空，电解液容易被抽出，污染包装袋，造成外观坏品。专利CN110649265A公开了一种中空导电微球材料，可以为极片提供电解液存储空间，提升电池容量和循环性能。但此方法使用的导电微球因其球状结构，只能实现电解液的存储功能，等电解液消耗后不能及时吸收电解液；另外，球状结构材料只能与极片中活性材料实现点接触，不能防止由于极片膨胀产生缝隙导致导电网络破坏的问题。因此，提供一种操作简单且能够有效改善极片浸润性的方法是非常有必要的。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种改善高压实锂离子电池极片电解液浸润性的方法，采用该方法的电池循环性能好。
本发明提出的一种改善高压实锂离子电池极片电解液浸润性的方法，是将中空纳米碳纤维作为导电剂添加到高压实锂离子电池极片浆料中，再将极片浆料涂布在集流体上，经辊压、分切得到极片。
优选地，所述中空纳米碳纤维的管状结构内径为150～200nm。
优选地，所述添加中空纳米碳纤维后的极片浆料包括活性物质、导电剂、粘结剂和溶剂，所述导电剂包括中空纳米碳纤维；以活性物质、导电剂和粘结剂为整体计，其中，中空纳米碳纤维的质量百分含量为0.5～1.5％。
优选地，所述导电剂还包括导电碳黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或一种以上。
优选地，所述极片浆料为正极浆料或负极浆料；所述正极浆料中的活性物质为镍钴锰酸锂或磷酸铁锂，所得极片为镍钴锰酸锂极片或磷酸铁锂极片；所述负极浆料中的活性物质为石墨，所得极片为石墨极片。
上述镍钴锰酸锂可以为LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2中的一种。
优选地，所述镍钴锰酸锂极片的压实密度≥3.40g/cm3，磷酸铁锂极片的压实密度≥2.40g/cm3，石墨极片的压实密度≥1.68g/cm3。
由于极片压实密度较大，导致其孔隙率低，不利于电解液浸润，电池性能变差。
有益效果：针对高压实密度极片浸润性差的缺陷，本发明将中空纳米碳纤维作为导电剂添加到极片浆料中，由于其中空结构，能够构建电解液传输微通道，有利于极片吸纳更多的电解液；而且其管状结构可以利用毛细管原理，源源不断的将电解液吸入到极片中，保持极片内部电解液量，从而使得锂离子可以顺利快速嵌入，有利于提高极片电解液浸润性，从而提升电池循环寿命。纳米碳纤维还具有良好的导电性、大的长径比和比表面积，其可以将活性材料颗粒之间的导电网络连接起来，从而有效避免由于极片膨胀收缩导致导电网络破坏的问题，能够有效提高电池性能。
附图说明
图1为本发明添加中空纳米碳纤维的极片的结构示意图，其中，1-活性物质材料，2-电解液，3-中空纳米碳纤维，4-集流体；
图2为本发明实施例1-2和对比例1中制备的锂离子电池的循环曲线图。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
选取管径内径在150-200nm之间的中空纳米碳纤维，选取磷酸铁锂为正极活性物质，按照质量比磷酸铁锂：中空纳米碳纤维：粘结剂＝96：1.5：2.5的比例，再加入适量NMP，制作浆料，涂布制成磷酸铁锂极片，烘干后，用辊压机将其压实密度达到2.40g/cm3。然后与常规石墨负极极片制作成容量6Ah左右电池，记录电池保液系数。电池在25℃下，选用1C的倍率进行循环测试，电压范围2.0V-3.65V，循环1000圈后记录容量保持率。
实施例2
选取管径内径在150-200nm之间的中空纳米碳纤维，选取磷酸铁锂为正极活性物质，极片的导电剂为纳米碳纤维和导电碳黑的混合物，极片中各物质按照质量比磷酸铁锂：中空纳米碳纤维：导电碳黑：粘结剂＝96：1：0.5：2.5的比例，再加入适量NMP，制作浆料，涂布制成磷酸铁锂极片，烘干后，用辊压机将其压实密度达到2.40g/cm3。然后与常规石墨负极极片制作成容量6Ah左右电池，记录电池保液系数。电池在25℃下，选用1C的倍率进行循环测试，电压范围2.0V-3.65V，循环1000圈后记录容量保持率。
对比例1
选取管径内径在150-200nm之间的中空纳米碳纤维，选取磷酸铁锂为正极活性物质，极片的导电剂为导电碳黑，极片中各物质按照质量比磷酸铁锂：导电碳黑：粘结剂＝96：1.5：2.5的比例，再加入适量NMP，制作浆料，涂布制成磷酸铁锂极片，烘干后，用辊压机将其压实密度达到2.40g/cm3。然后与常规石墨负极极片制作成容量6Ah左右电池，记录电池保液系数。电池在25℃下，选用1C的倍率进行循环测试，电压范围2.0V-3.65V，循环1000圈后记录容量保持率。
将实施例1、2和对比例1获得的电池保液系数和循环1000圈后的容量保持率进行了比较，结果见表1，所示电池数据均为5个电池测试结果的平均值。图2是实施例1、2和对比例1获得的电池相应的循环曲线，是每组电池中有代表性的一个电池数据。
表1电池保液系数和循环1000圈后的容量保持率数据
Figure BDA0003131806550000041
Figure BDA0003131806550000051
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种改善高压实锂离子电池极片电解液浸润性的方法，其特征在于，是将中空纳米碳纤维作为导电剂添加到高压实锂离子电池极片浆料中，再将极片浆料涂布在集流体上，经辊压、分切得到极片。
2.根据权利要求1所述的改善高压实锂离子电池极片电解液浸润性的方法，其特征在于，所述中空纳米碳纤维的管状结构内径为150～200nm。
3.根据权利要求1所述的改善高压实锂离子电池极片电解液浸润性的方法，其特征在于，所述添加中空纳米碳纤维后的极片浆料包括活性物质、导电剂、粘结剂和溶剂，所述导电剂包括中空纳米碳纤维；以活性物质、导电剂和粘结剂为整体计，其中，中空纳米碳纤维的质量百分含量为0.5～1.5％。
4.根据权利要求3所述的改善高压实锂离子电池极片电解液浸润性的方法，其特征在于，所述导电剂还包括导电碳黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或一种以上。
5.根据权利要求3所述的改善高压实锂离子电池极片电解液浸润性的方法，其特征在于，所述极片浆料为正极浆料或负极浆料；所述正极浆料中的活性物质为镍钴锰酸锂或磷酸铁锂，所得极片为镍钴锰酸锂极片或磷酸铁锂极片；所述负极浆料中的活性物质为石墨，所得极片为石墨极片。
6.根据权利要求5所述的改善高压实锂离子电池极片电解液浸润性的方法，其特征在于，所述镍钴锰酸锂极片的压实密度≥3.40g/cm3，磷酸铁锂极片的压实密度≥2.40g/cm3，石墨极片的压实密度≥1.68g/cm3。
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