CN115394955A - 一种电极片与凝胶电池 - Google Patents

一种电极片与凝胶电池 Download PDF

Info

Publication number
CN115394955A
CN115394955A CN202211177192.4A CN202211177192A CN115394955A CN 115394955 A CN115394955 A CN 115394955A CN 202211177192 A CN202211177192 A CN 202211177192A CN 115394955 A CN115394955 A CN 115394955A
Authority
CN
China
Prior art keywords
binder
coating
sericin
battery
electrode sheet
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
Application number
CN202211177192.4A
Other languages
English (en)
Inventor
白英
李玉军
侯艳丽
李鸿键
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.)
Beijing Shengneng Energy Technology Co Ltd
Original Assignee
Beijing Shengneng Energy Technology 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 Beijing Shengneng Energy Technology Co Ltd filed Critical Beijing Shengneng Energy Technology Co Ltd
Priority to CN202211177192.4A priority Critical patent/CN115394955A/zh
Publication of CN115394955A publication Critical patent/CN115394955A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • 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
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • 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
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
    • 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
    • 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
    • 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
    • H01M4/628—Inhibitors, e.g. gassing inhibitors, corrosion inhibitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H01M50/451—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure comprising layers of only organic material and layers containing inorganic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/46—Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes
    • H01M50/461—Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes with adhesive layers between electrodes and separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • 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
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028—Positive 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
    • Y02E60/10—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)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明涉及一种电极片和凝胶电池，所述电极片包括集流体和活性层，所述活性层的材料包括活性物质、导电剂和粘结剂；所述粘结剂包括蚕丝的蛋白成分。本发明通过采用天然物质‑蚕丝的蛋白成分作为粘结剂应用在电极片中，对电池热压化成后电解液固定在粘结剂中制备得到了凝胶电池，达到提高电池安全性能的目的。

Description

一种电极片与凝胶电池
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种电极片，尤其涉及一种电极片与凝胶电池。
背景技术
锂离子电池因其能量密度高、循环寿命长和环境友好等特点在电动汽车领域取得了很快的发展。随着锂电池能量密度不断提高，目前量产的铝壳电池能量密度超过245Wh/kg，软包电池超过270Wh/kg，同时已经研发完成的软包电池能量密度超过了300Wh/kg。虽然实现了高能量密度，但锂电池的安全性能却在不断下降，尤其是在针刺测试时，低能量密度的磷酸铁锂电池能够通过，而高能量密度的三元高镍电池则很快着火爆炸，为了推动电动汽车的发展，提高电芯安全性能迫在眉睫。
锂电池的安全主要是正极材料在高温高电压下分解产生氧气，与易燃的有机电解液和负极反应，释放大量的热，导致电池安全失效。为了解决安全问题，很多研究都集中在使用不易燃的固态电解质，但受限于离子的导电性差，界面阻抗高等因素，固态电解质短期内无法大规模应用。
与此同时，另一种方案是降低电池内部游离电解液的量，减少其与正负极材料的副反应，降低产热量，提高电池的安全。
基于此，US 5296318公开了一种凝胶电池，包括锂嵌入化合物电极和含有溶解在聚合物相容溶剂中的锂盐的柔性聚合物的插入电解质。优选组分包括第三锂锰氧化物化合物正极、碳负极和聚偏氟乙烯共聚物电解质层，其中含有中沸溶剂中约20％至70％的锂盐溶液，该溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯等溶剂。电解液层可采用单个隔膜的形式，或作为多层电池结构的涂层组件，以提供高达约10-3s/cm的离子电导率。
其中该凝胶电池的正负极片粘结剂采用PVDF-HFP材料，同时隔膜采用PVDF-HFP制备的多孔隔膜，电池完成组装后，注入有机电解液，热压化成时能够引发电解液在聚合物中的固化，降低游离电解液的量，提高电池安全。但PVDF-HFP隔膜价格昂贵，而且制备过程复杂，导致电池的成本高昂，无法在对成本要求较高的电动汽车领域应用。
近期针对电池热失控现象的研究表明(Journal of Power Sources,2017,185-192)：在240℃高温下，石墨负极会跟含氟粘结剂反应，释放大量的热，所以应尽量避免含氟粘结剂的使用来提高电池的安全性能。另外，针对高比能电池(>300Wh/kg)，其负极使用的硅基材料膨胀率高，传统的PVDF粘结剂不含有极性官能团，与硅基材料结合力弱，无法有效应对硅基材料的膨胀，造成电池循环以及安全性能差。
因此，如何改善粘结剂在凝胶电池中的使用，提高电池安全性能，并且降低成本，是锂离子电池技术领域亟需解决的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种电极片和凝胶电池，通过采用天然物质-蚕丝的蛋白成分作为粘结剂在电极片中，对电池热压化成后电解液固定在粘结剂中制备得到了凝胶电池，达到提高电池安全性能的目的。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种电极片，所述电极片包括集流体和活性层，所述活性层的材料包括活性物质、导电剂和粘结剂；
所述粘结剂包括蚕丝的蛋白成分。
本发明通过采用天然物质-蚕丝的蛋白成分作为粘结剂应用在电极片中，对电池热压化成后电解液固定在粘结剂中制备得到了凝胶电池，达到提高电池安全性能的目的。
优选地，所述蚕丝的蛋白成分包括丝胶蛋白。
优选地，所述丝胶蛋白的相对分子量为1～410kDa，例如可以是1kDa、10kDa、100kDa、200kDa、400kDa或410kDa，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述丝胶蛋白中包括丝氨酸、甘氨酸或天门冬氨酸中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括丝氨酸和甘氨酸的组合，甘氨酸和天门冬氨酸的组合，丝氨酸和天门冬氨酸的组合，或丝氨酸、甘氨酸和天门冬氨酸的组合。
丝胶蛋白是天然蚕丝中的粘结剂，含有丰富的羟基羧基等极化官能团，对硅基负极材料粘结力强；其次，丝胶蛋白不含氟元素，避免了负极材料高温时与其的副反应，提高电池安全；另外，丝胶蛋白在0～5V电压范围内稳定，能够应用在正负极以及隔膜中，其在电解液发生溶胀，能够起到固定电解液的作用，降低游离电解液的量，提高电池安全。
优选地，以摩尔百分数计，所述丝胶蛋白中丝氨酸的含量为25～40％，例如可以是25％、30％、35％、38％、40％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，以摩尔百分数计，所述丝胶蛋白中甘氨酸的含量为10～20％，例如可以是10％、12％、14％、16％、18％或20％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，以摩尔百分数计，所述丝胶蛋白中天门冬氨酸的含量为15～30％，例如可以是15％、20％、25％、27％或30％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述电极片包括正极片。
优选地，所述正极片的活性层中材料包括正极活性物质、导电剂和粘结剂。
优选地，所述正极活性物质包括核壳式高镍三元材料。
优选地，所述核壳式高镍三元材料中核材料的分子式为LiNixCoyM1-x-yO2，其中，M为Mn、Al、Mg、Zr、Ti、Cu、Fe、W或B中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括Mn和Al的组合，Al和Mg的组合，Mg和Zr的组合，Zr和Ti的组合，Ti和Cu的组合，Cu和Fe的组合，Fe和W的组合，W和B的组合，Mn、Al和Mg的组合，Al、Mg和Zr的组合，Mg、Zr和Ti的组合，Zr、Ti和Cu的组合，Ti、Cu和Fe的组合，Cu、Fe和W的组合，Fe、W和B的组合，Mn、Al、Mg、Zr、Ti和Cu的组合，Al、Mg、Zr、Ti、Cu、Fe和W的组合，Al、Mg、Zr、Ti、Cu和Fe的组合，或Mn、Al、Mg、Zr、Ti、Cu、Fe、W和B的组合。x+y＝1，0.7≤x≤1.0，例如可以是0.7、0.8、0.9、0.95或1，且0≤y≤0.3，例如可以是0、0.05、0.1、0.15、0.2、0.25或0.3，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述核壳式高镍三元材料中壳层材料的分子式为LiMzMn2-zO4，其中M为Ni、Cu、Cr或Co中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括Ni和Cu的组合，Cu和Cr的组合，Cr和Co的组合，Ni、Cu和Cr的组合，Cu、Cr和Co的组合，或Ni、Cu、Cr和Co的组合，且0.1≤z≤0.5，例如可以是0.1、0.2、0.3、0.4或0.5，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明所述核壳式高镍三元材料中的高镍为镍占总金属比例超过70％。
优选地，以质量份数计，所述正极片中包括正极活性物质90～98份，例如可以是90份、92份、94份、96份或98份，导电剂1～5份，例如可以是1份、2份、3份、4份或5份，粘结剂1～10份，例如可以是1份、2份、4份、6份、8份或10份，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述电极片包括负极片。
优选地，所述负极片的活性层中材料包括负极活性物质、导电剂和粘结剂。
优选地，所述负极活性物质包括天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、硅碳合金、硅氧化合物或锡合金中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括天然石墨和人造石墨的组合，人造石墨和中间相碳微球的组合，中间相碳微球和硅碳合金的组合，硅碳合金和硅氧化合物的组合，硅氧化合物和锡合金的组合，天然石墨、人造石墨和中间相碳微球的组合，中间相碳微球、硅碳合金和硅氧化合物的组合，硅碳合金、硅氧化合物和锡合金的组合，天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、硅碳合金和硅氧化合物的组合，人造石墨、中间相碳微球、硅碳合金、硅氧化合物和锡合金的组合。
优选地，所述负极活性物质的比容量为350mAh/g以上，例如可以是350mAh/g、380mAh/g、400mAh/g、450mAh/g或500mAh/g，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，以质量份数计，所述负极片中包括负极活性物质90～98份，例如可以是90份、92份、94份、96份或98份，导电剂1～5份，例如可以是1份、2份、3份、4份或5份，粘结剂1～10份，例如可以是1份、2份、4份、6份、8份或10份，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
第二方面，本发明提供了一种凝胶电池，所述凝胶电池中含有如第一方面所述的电极片。
优选地，所述凝胶电池包括正极片、负极片和隔膜。
优选地，所述隔膜包括隔膜基层和涂敷于隔膜基层上的隔膜涂层。
优选地，所述隔膜基层的厚度为3～16μm，例如可以是3μm、5μm、8μm、10μm或16μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述隔膜涂层的厚度为1～10μm，例如可以是1μm、2μm、4μm、6μm、8μm或10μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述隔膜基层的材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、无纺布或芳纶中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括聚乙烯和聚丙烯的组合，聚丙烯和PET的组合，无纺布和芳纶的组合，PET和无纺布的组合，PET和芳纶的组合，聚乙烯、聚丙烯和PET的组合，或PET、无纺布和芳纶的组合。
优选地，所述隔膜涂层的材料包括涂层材料和涂层粘结剂。
优选地，所述涂层材料包括NASCION型固态电解质、LISCION固态电解质、石榴石型固态电解质、钙钛矿型固态电解质、硫化物电解质、聚合物电解质、Al2O3、SiO2、ZrO2、TiO2、γ-AlOOH、BaTiO3或Mg(OH)2中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括NASCION型固态电解质和LISCION固态电解质的组合，LISCION固态电解质和石榴石型固态电解质的组合，钙钛矿型固态电解质和硫化物电解质的组合，硫化物电解质和聚合物电解质的组合，Al2O3、SiO2和ZrO2的组合，SiO2、ZrO2和TiO2的组合，TiO2、γ-AlOOH和BaTiO3的组合，γ-AlOOH、BaTiO3和Mg(OH)2的组合，硫化物电解质、聚合物电解质、Al2O3、SiO2、ZrO2和TiO2的组合，石榴石型固态电解质、钙钛矿型固态电解质、硫化物电解质、聚合物电解质、Al2O3和SiO2的组合。
所述涂层粘结剂包括丝胶蛋白。
优选地，所述隔膜涂层上涂覆粘结剂涂层。
优选地，所述粘结剂涂层的材料包括丝胶蛋白。
在电池热压过程中，粘结剂涂层的存在使得正负极片与隔膜接触更好，降低了内阻，提高了安全性能。
丝胶蛋白的成膜性好，能够避免电池内阻的增大。
优选地，所述粘结剂涂层的厚度为0.5～3μm，例如可以是0.5μm、1μm、1.5μm、2μm或3μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明通过采用天然物质-蚕丝的蛋白成分作为粘结剂在电极片中，对电池热压化成后电解液固定在粘结剂中制备得到了凝胶电池，达到提高电池安全性能的目的。
(2)正负极片中以及涂覆在隔膜中的丝胶蛋白在热压化成过程中，形成了三维网状结构，有效的对电解液进行固定，降低了体系内游离电解液的量，提高了电池的安全性能。
(3)隔膜表面的含有丝胶蛋白的粘结剂涂层和隔膜涂层对正负极片起到了隔离作用，使得隔膜在200℃以上才会收缩，避免了电池内短路的发生，提高了安全性能。
(4)丝胶蛋白是工业蚕丝的废料，大大降低了成本，同时能够兼容隔膜涂覆和干燥过程，使得涂层更加均匀，有利于防护电池正负极活性材料的直接接触导致短路的发生。
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
本实施例提供了一种凝胶电池，所述凝胶电池包括正极片、负极片和隔膜。
所述正极片中包括集流体和活性层，以质量份数计，所述活性层的材料为正极活性物质：导电剂和：粘结剂＝96:2:2，其中正极活性物质为核壳式高镍三元材料，核材料为LiNi0.83Co0.12Mn0.05，壳层材料为LiNi0.5Mn1.5O4，粘结剂为相对分子量为25kDa的丝胶蛋白，以摩尔百分数计，所述丝胶蛋白中丝氨酸的含量为30％，甘氨酸的含量为15％，天门冬氨酸的含量为30％。
所述负极片中包括集流体和活性层，以质量份数计，所述活性层的材料为负极活性物质：导电剂和：粘结剂＝96:1.5:2.5，所述负极活性物质为人造石墨(克容量为355mAh/g)，粘结剂为相对分子量为25kDa的丝胶蛋白，以摩尔百分数计，所述丝胶蛋白中丝氨酸的含量为30％，甘氨酸的含量为15％，天门冬氨酸的含量为30％。
所述隔膜的总厚度为15μm，所述隔膜包括隔膜基层、涂敷于隔膜基层上的隔膜涂层和涂敷于隔膜涂层上的粘结剂涂层，其中隔膜基层的材料为聚乙烯，厚度为9μm；隔膜涂层的材料为γ-AlOOH和作粘结剂的丝胶蛋白，厚度为2μm；所述粘结剂涂层的材料为丝胶蛋白，厚度为1μm。隔膜中的丝胶蛋白与正、负极片中所述丝胶蛋白相同。
所述凝胶电池由如下方式制备得到：将正极片、隔膜和负极片组装成软包电池，注入100g电解液后进行60℃的高温热压化成，分容得到所述凝胶电池。
实施例2
本实施例提供了一种凝胶电池，所述凝胶电池包括正极片、负极片和隔膜。
所述正极片中包括集流体和活性层，以质量份数计，所述活性层的材料为正极活性物质：导电剂和：粘结剂＝96.5:2:1.5，其中正极活性物质为核壳式高镍三元材料，核材料为LiNi0.88Co0.07Mn0.05，壳层材料为LiNi0.5Mn1.5O4，粘结剂为相对分子量为100kDa的丝胶蛋白，以摩尔百分数计，所述丝胶蛋白中丝氨酸的含量为25％，甘氨酸的含量为20％，天门冬氨酸的含量为15％。
所述负极片中包括集流体和活性层，以质量份数计，所述活性层的材料为负极活性物质：导电剂和：粘结剂＝95:2:3，所述负极活性物质为硅碳(SiOx/C)复合材料(克容量为500mAh/g)，粘结剂为相对分子量为100kDa的丝胶蛋白，以摩尔百分数计，所述丝胶蛋白中丝氨酸的含量为25％，甘氨酸的含量为20％，天门冬氨酸的含量为15％。
所述隔膜的总厚度为13μm，所述隔膜包括隔膜基层、涂敷于隔膜基层上的隔膜涂层和涂敷于隔膜涂层上的粘结剂涂层，其中隔膜基层的材料为聚丙烯，厚度为7μm；隔膜涂层的材料为硫化物电解质和作粘结剂的丝胶蛋白，厚度为2μm；所述粘结剂涂层的材料为丝胶蛋白，厚度为1μm。隔膜中的丝胶蛋白与正、负极片中所述丝胶蛋白相同。
所述凝胶电池由如下方式制备得到：将正极片、隔膜和负极片组装成软包电池，注入100g电解液后进行60℃的高温热压化成，分容得到所述凝胶电池。
实施例3
本实施例提供了一种凝胶电池，与实施例1的区别仅在于所述丝胶蛋白的相对分子量为0.8kDa。
实施例4
本实施例提供了一种凝胶电池，与实施例1的区别仅在于所述丝胶蛋白的相对分子量为420kDa。
实施例5
本实施例提供了一种凝胶电池，与实施例1的区别仅在于正极活性物质替换为等质量的非核壳式的三元正极材料NCM811。
实施例6
本实施例提供了一种凝胶电池，与实施例1的区别仅在于正极活性物质替换为等质量的非核壳式的三元正极材料NCM622。
实施例7
本实施例提供了一种凝胶电池，与实施例1的区别仅在于所述粘结剂涂层的厚度为0.4μm，所述隔膜的总厚度为13.8μm。
实施例8
本实施例提供了一种凝胶电池，与实施例1的区别仅在于所述粘结剂涂层的厚度为3.5μm，所述隔膜的总厚度为20μm。
实施例9
本实施例提供了一种凝胶电池，与实施例1的区别仅在于所述隔膜涂层中的粘结剂为PVDF 5130。
实施例10
本实施例提供了一种凝胶电池，与实施例1的区别仅在于隔膜中无粘结剂涂层。
实施例11
本实施例提供了一种凝胶电池，与实施例1的区别仅在于所述正极片中的丝胶蛋白替换为等质量的PVDF 5130。
实施例12
本实施例提供了一种凝胶电池，与实施例1的区别仅在于所述负极片中的丝胶蛋白替换为等质量的PVDF 5130。
对比例1
本对比例提供了一种电池，所述电池包括正极片、负极片和隔膜。
所述正极片中包括集流体和活性层，以质量份数计，所述活性层的材料为正极活性物质：导电剂和：粘结剂＝96:2:2，其中正极活性物质为核壳式高镍三元材料，核材料为LiNi0.83Co0.12Mn0.05，壳层材料为LiNi0.5Mn1.5O4，所述粘结剂为PVDF 5130。
所述负极片中包括集流体和活性层，以质量份数计，所述活性层的材料为负极活性物质：导电剂和：粘结剂＝96:1.5:2.5，所述负极活性物质为人造石墨(克容量为355mAh/g)，所述粘结剂为CMC和SBR。
所述隔膜的总厚度为15μm，所述隔膜包括隔膜基层、涂敷于隔膜基层上的隔膜涂层和涂敷于隔膜涂层上的粘结剂涂层，其中隔膜基层的材料为聚乙烯，厚度为9μm；隔膜涂层的材料为γ-AlOOH和作粘结剂的PVDF 5130，厚度为2μm；所述粘结剂涂层的材料为PVDF5130，厚度为1μm。
所述电池由如下方式制备得到：将正极片、隔膜和负极片组装成软包电池，注入100g电解液后进行60℃的高温热压化成，分容得到所述电池。
对比例2
本实施例提供了一种电池，所述电池包括正极片、负极片和隔膜。
所述正极片中包括集流体和活性层，以质量份数计，所述活性层的材料为正极活性物质：导电剂和：粘结剂＝96.5:2:1.5，其中正极活性物质为核壳式高镍三元材料，核材料为LiNi0.88Co0.07Mn0.05，壳层材料为LiNi0.5Mn1.5O4，所述粘结剂为PVDF 5130。
所述负极片中包括集流体和活性层，以质量份数计，所述活性层的材料为负极活性物质：导电剂和：粘结剂＝95:2:3，所述负极活性物质为硅碳(SiOx/C)复合材料(克容量为500mAh/g)，所述粘结剂为聚丙烯酸。
所述隔膜的总厚度为13μm，所述隔膜包括隔膜基层、涂敷于隔膜基层上的隔膜涂层和涂敷于隔膜涂层上的粘结剂涂层，其中隔膜基层的材料为聚丙烯，厚度为7μm；隔膜涂层的材料为硫化物电解质和作粘结剂的PVDF 5130，厚度为2μm；所述粘结剂涂层的材料为PVDF 5130，厚度为1μm。
所述电池由如下方式制备得到：将正极片、隔膜和负极片组装成软包电池，注入100g电解液后进行60℃的高温热压化成，分容得到所述电池。
将上述所得凝胶电池和电池进行测试。
测试游离态电解液的量，将电池放电到2.7V后称质量M1。将电池外包装铝塑膜一边开孔，在电芯表面施加5吨的压力，持续1分钟后，倒掉溢出的电解液，称量剩余电池的质量M2，计算游离态电解液的质量为M1-M2。
测试针刺安全性能，按照GB/T 31485-2015中对针刺实验的要求进行。
测试循环性能，室温下，在2.75-4.25V范围内，对电芯进行0.5C充电，1C放电测试计算其循环100次后的容量保持率。
表1
Figure BDA0003865045730000121
Figure BDA0003865045730000131
从表1中的数据可知：
从实施例1、2中可知，本发明通过采用天然物质-蚕丝的蛋白成分作为粘结剂应用在电极片中，对电池热压化成后电解液固定在粘结剂中制备得到了凝胶电池，达到提高电池安全性能的目的。
当丝胶蛋白上的侧基影响较大，当侧基小时，增加侧基长度，可以降低分子间作用力，从而降低粘结强度；当侧基达到一定长度后，开始结晶，增加支链长度，可以提高分子间作用力，从而提高粘结强度。
丝胶蛋白涂层厚度过大，将增加电池阻抗；厚度过小，不利于电解液在粘结剂中的固定，游离电解液量增多，导致循环性能、安全性能等较差。
正、负极不使用丝胶蛋白，将会增加正、负极与隔膜的接触电阻，降低安全性能；隔膜中不使用丝胶蛋白，将减少凝胶电池中电解液的量，增加游离电解液量，降低循环性能和安全性能。
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 (10)

1.一种电极片，其特征在于，所述电极片包括集流体和活性层，所述活性层的材料包括活性物质、导电剂和粘结剂；
所述粘结剂包括蚕丝的蛋白成分。
2.根据权利要求1所述的电极片，其特征在于，所述蚕丝的蛋白成分包括丝胶蛋白；
所述丝胶蛋白的相对分子量为1～410kDa；
所述丝胶蛋白中包括丝氨酸、甘氨酸或天门冬氨酸中的任意一种或至少两种的组合；
以摩尔百分数计，所述丝胶蛋白中丝氨酸的含量为25～40％；
以摩尔百分数计，所述丝胶蛋白中甘氨酸的含量为10～20％；
以摩尔百分数计，所述丝胶蛋白中天门冬氨酸的含量为15～30％。
3.根据权利要求1所述的电极片，其特征在于，所述电极片包括正极片；
所述正极片的活性层中材料包括正极活性物质、导电剂和粘结剂；
所述正极活性物质包括核壳式高镍三元材料；
所述核壳式高镍三元材料中核材料的分子式为LiNixCoyM1-x-yO2，其中M为Mn、Al、Mg、Zr、Ti、Cu、Fe、W或B中的任意一种或至少两种的组合，x+y＝1，0.7≤x≤1.0，且0≤y≤0.3；
所述核壳式高镍三元材料中壳层材料的分子式为LiMzMn2-zO4，其中M为Ni、Cu、Cr或Co中的任意一种或至少两种的组合，且0.1≤z≤0.5。
4.根据权利要求3所述的电极片，其特征在于，以质量份数计，所述正极片中包括
正极活性物质 90～98份
导电剂 1～5份
粘结剂 1～10份。
5.根据权利要求1所述的电极片，其特征在于，所述电极片包括负极片；
所述负极片的活性层中材料包括负极活性物质、导电剂和粘结剂；
所述负极活性物质包括天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、硅碳合金、硅氧化合物或锡合金中的任意一种或至少两种的组合；
所述负极活性物质的比容量为350mAh/g以上。
6.根据权利要求5所述的电极片，其特征在于，以质量份数计，所述负极片中包括
负极活性物质 90～98份
导电剂 1～5份
粘结剂 1～10份。
7.一种凝胶电池，其特征在于，所述凝胶电池中含有如权利要求1-6任一项所述的电极片。
8.根据权利要求7所述的凝胶电池，其特征在于，所述凝胶电池包括正极片、负极片和隔膜；
所述隔膜包括隔膜基层和涂敷于隔膜基层上的隔膜涂层；
所述隔膜基层的厚度为3～16μm；
所述隔膜涂层的厚度为1～10μm。
9.根据权利要求8所述的凝胶电池，其特征在于，所述隔膜涂层的材料包括涂层材料和涂层粘结剂；
所述涂层材料包括NASCION型固态电解质、LISCION固态电解质、石榴石型固态电解质、钙钛矿型固态电解质、硫化物电解质、聚合物电解质、Al2O3、SiO2、ZrO2、TiO2、γ-AlOOH、BaTiO3或Mg(OH)2中的任意一种或至少两种的组合；
所述涂层粘结剂包括丝胶蛋白。
10.根据权利要求8所述的凝胶电池，其特征在于，所述隔膜涂层上涂覆粘结剂涂层；
所述粘结剂涂层的材料包括丝胶蛋白；
所述粘结剂涂层的厚度为0.5～3μm。
CN202211177192.4A 2022-09-26 2022-09-26 一种电极片与凝胶电池 Pending CN115394955A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211177192.4A CN115394955A (zh) 2022-09-26 2022-09-26 一种电极片与凝胶电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211177192.4A CN115394955A (zh) 2022-09-26 2022-09-26 一种电极片与凝胶电池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115394955A true CN115394955A (zh) 2022-11-25

Family

ID=84128814

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211177192.4A Pending CN115394955A (zh) 2022-09-26 2022-09-26 一种电极片与凝胶电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115394955A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117673248A (zh) * 2023-10-26 2024-03-08 中国科学院大连化学物理研究所 一种正极电极及其制备方法和应用

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117673248A (zh) * 2023-10-26 2024-03-08 中国科学院大连化学物理研究所 一种正极电极及其制备方法和应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101276895B (zh) 锂离子二次电池多孔隔膜层用组合物及锂离子二次电池
US8017262B2 (en) Lithium secondary battery with porous heat-resistant layer
KR101739298B1 (ko) 전지용 바인더, 이를 채용한 음극과 리튬전지
EP1193789A1 (en) Nonaqueous electrolyte secondary cell
KR20140074176A (ko) 고체전지
CN103035940A (zh) 一种锂离子电池及其制备方法
EP4024533A1 (en) Secondary battery, apparatus comprising secondary battery, preparation method for secondary battery, and adhesive composition
CN109994707B (zh) 正极片及其制备方法、电池
WO2023155604A1 (zh) 复合隔膜及电化学装置
CN114006048B (zh) 一种电池
CN113036268A (zh) 一种具有结构储能功能的锂金属结构电池
KR20190122690A (ko) 비수계 이차 전지 전극용 바인더 조성물, 비수계 이차 전지 전극용 도전재 페이스트 조성물, 비수계 이차 전지 전극용 슬러리 조성물, 비수계 이차 전지용 전극 및 비수계 이차 전지
CN113273010A (zh) 复合固体电解质及复合固体电解质二次电池
CN114976263A (zh) 正极和电解质一体化的固态电池及其制备方法
CN114024098B (zh) 一种电池
WO2024007863A1 (zh) 一种隔膜和电池
CN114024099B (zh) 一种电池
CN113629250B (zh) 一种锂电池负极用聚酰亚胺粘结剂及硅基负极片
JP2022170697A (ja) リチウムイオン二次電池負極、リチウムイオン二次電池負極の製造方法およびリチウムイオン二次電池
CN115394955A (zh) 一种电极片与凝胶电池
US20230223535A1 (en) Negative electrode and secondary battery including the same
CN113745489A (zh) 一种低膨胀硅碳复合负极材料及其制备方法
CN112840480A (zh) 负极和包含所述负极的锂二次电池
KR101708364B1 (ko) 전지용 복합바인더, 이를 채용한 음극과 리튬전지
JP2021163566A (ja) 高分子固体電解質用組成物、高分子固体電解質およびその製造方法、リチウムイオン二次電池

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