CN115421058A - 一种锂离子电池负极粘结剂离子电导率大小的判断方法 - Google Patents

一种锂离子电池负极粘结剂离子电导率大小的判断方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种锂离子电池负极粘结剂离子电导率大小的判断方法，具体为：（1）扣电制作：将负极粘结剂单面涂覆在铜箔上，制备成扣式电池；（2）EIS测试：对扣式电池进行EIS测试，得到电荷转移内阻；（3）计算：根据测试结果，计算离子电导率；（4）判断：根据计算结果，判断不同负极粘结剂的离子电导率的大小。本发明锂离子电池负极粘结剂离子电导率大小的判断方法，能够快速筛选负极粘结剂，且方法简单，容易操作和实现。

Description

一种锂离子电池负极粘结剂离子电导率大小的判断方法
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池负极粘结剂离子电导率大小的判断方法。
背景技术
粘结剂作为锂离子电池的重要组成，主要作用是将电极活性物质和导电剂粘附在集流体上，其性能的优劣也将直接影响电池的电化学性能。粘结剂在硅负极中发挥的作用是极其关键的，粘结剂最主要的作用就是提供强粘结力以保持电极结构的完整性，保证锂离子电池的循环充放电的正常进行。
对于负极粘结剂而言，一般来说既是电子绝缘又是离子绝缘的，但作为锂离子电池所用粘结剂，在电解液中都会发生溶胀现象，在吸收电解液溶剂的同时，锂离子也会进入高分子链之间，这部分锂离子使得粘结剂具备了一定的离子导电性。不同的粘结剂因为吸液量和高分子链段对锂离子的束缚能力不同，表现出的离子电导率也各不相同。
在实际应用中，负极粘结剂不仅需要具备良好的粘接性，还要有良好的离子导电性，尤其是在快充型锂离子电池产品中，更加需要负极粘结剂具有良好的离子导电性。
现有的技术中，还没有筛选负极粘结剂的离子导电性好坏的方法，所以，亟需一种负极粘结剂离子电导率大小的判断方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂离子电池的负极粘结剂的离子电导率大小的判断方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种锂离子电池负极粘结剂离子电导率大小的判断方法，包括以下步骤：
（1）扣电制作：将负极粘结剂A单面均匀涂覆在铜箔上后烘干，用冲片机冲成小圆片，记录小圆片的厚度h和面积s，则该粘结剂A膜的厚度和面积分别为h-h0和s，其中铜箔厚度为h0，后以该小圆片为一极，光的铜箔为一极，中间以隔膜分开，注入一定量的电解液，组装成扣式电池，记为A-1；
同样的方法，将负极粘结剂B也制作成扣式电池，粘结剂B膜的厚度和面积与粘结剂A保持一致，组装成的扣式电池，记为B-1；
（2）EIS测试：对步骤（1）制备的两个扣式电池A-1和B-1进行EIS测试，得到电池A-1和B-1的电荷转移内阻分别是Rct（A-1）和Rct（B-1）；
（3）计算：负极粘结剂的离子电导率λ=H/（Rct×s），其中H为粘结剂膜的厚度，s为粘结剂膜的面积，Rct为粘结剂的电荷转移内阻；
（4）判断：根据步骤（3）的计算结果，判断不同粘结剂的离子电导率的大小关系。
优选的，步骤（1）中烘干温度≥60℃，烘干时间≥8h。
优选的，步骤（1）中隔膜的材质是PE、PP、PE和PP复合膜中的一种。
本发明方法准确性的验证方法，包括以下步骤：
（1）制备正极片：将磷酸铁锂、导电剂、粘结剂，经过匀浆涂布辊压模切工序，制备成一定尺寸的正极片P；
（2）制备负极片：将石墨、导电剂、分散剂、负极粘结剂A，经过匀浆涂布辊压模切工序，制备成一定尺寸的负极片，记为N-A；采用相同的方法，将负极粘结剂B制备成负极片，记为N-B；
（3）将上述的正负极片和隔膜，制备成叠片1Ah的小软包电池，其中正极片P和负极片N-A制备的电池，记为C-A，正极片P和负极片N-B制备的电池，记为C-B；
（4）将上述的电池C-A和C-B，在常温下，分别进行2C恒流恒压充电，截止电压3.65V，截止电流0.05C，充电完成后，静置30min，记录静置完成后电池C-A和C-B的电压值，分别记为U（C-A）和U（C-B）；
（5）比较3.65-U（C-A）和3.65-U（C-B），如果3.65-U（C-A）＞3.65-U（C-B），则说明电池C-A的极化更大，负极粘结剂A的极化更大，负极粘结剂A的离子电导率更小；如果3.65-U（C-A）＜3.65-U（C-B），则说明负极粘结剂B的离子电导率更小；如果3.65-U（C-A）=3.65-U（C-B），则说明负极粘结剂A和B的离子电导率相同。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明提供了一种锂离子电池负极粘结剂离子电导率大小的判断方法，能够快速筛选负极粘结剂，且方法简单，容易操作和实现。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例
一种锂离子电池的负极粘结剂的离子电导率大小的判断方法，包括以下步骤：
（1）扣电制作：将负极粘结剂GD1332（上海道赢实业有限公司）单面涂覆在铜箔上（铜箔厚度h0=8μm），在100℃下烘烤12h，用冲片机冲成小圆片，记录小圆片的厚度h=0.166mm和面积s=113.04mm2，则该粘结剂GD1332的膜的厚度和面积分别为h-h0=0.158mm和s=113.04mm2。然后以该小圆片为一极，光的铜箔为一极，中间以9μm厚的PE隔膜分开，注入5g的电解液（天赐E8087），组装成扣式电池，记为A-1。
同样的方法，将负极粘结剂GD1346L（上海道赢实业有限公司）也制作成扣式电池，粘结剂GD1346L的膜的厚度和面积与粘结剂GD1332保持一致，组装成的扣式电池，记为B-1（B-1与A-1仅负极粘结剂不同，其他均相同）。
（2）EIS测试：对步骤（1）制备的两个扣式电池A-1和B-1进行EIS测试，环境温度在25±2℃，得到电池A-1和B-1的电荷转移内阻分别是Rct（A-1）=38.05Ω和Rct（B-1）=24.15Ω。
（3）计算：负极粘结剂的离子电导率λ=H/（Rct×s），其中H为粘结剂膜的厚度，H=h-h0=0.158mm，s为粘结剂膜的面积，s=113.04 mm2，Rct为粘结剂的电荷转移内阻。λ（A-1）=3.673×10-4 S/cm，λ（B-1）=5.788×10-4 S/cm。
（4）判断：根据步骤（3）的计算结果，因为λ（B-1）＞λ（A-1），所以负极粘结剂GD1346L的离子电导率更大。
为了验证上述方法的准确性，采用以下方法进行验证，包括以下步骤：
（1）制备正极片：将磷酸铁锂DY-1，导电剂SP，粘结剂PVDF（DY-1：SP：PVDF的质量比为95：2：3），经过匀浆涂布辊压模切工序，制备成长100mm，宽80mm的正极片P；
（2）制备负极片：将石墨FSN-1、导电剂SP、分散剂CMC、负极粘结剂GD1332（FSN-1：SP：CMC：GD1332的质量比为95:1.5:1.5:2），经过匀浆涂布辊压模切工序，制备成长104mm，宽84mm的负极片，记为N-A；
采用相同的方法，将负极粘结剂GD1346L制备成负极片，记为N-B；
（3）将上述正负极片和9μm厚PE隔膜，制备成叠片1Ah的小软包电池，其中正极片P和负极片N-A制备的电池，记为C-A，正极片P和负极片N-B制备的电池，记为C-B；
（4）将上述的电池C-A和C-B，在常温下，分别进行2C恒流恒压充电，截止电压3.65V，截止电流0.05C，充电完成后，静置30min，记录静置完成后电池C-A和C-B的电压值，分别记为U（C-A）=3.408V和U（C-B）=3.420V；
（5）比较3.65-U（C-A）=0.242V和3.65-U（C-B）=0.230V，因为0.242＞0.230，所以粘结剂 GD1332的极化更大，离子电导率更小，GD1346L的离子电导率更大。
验证方法得出的结果与发明方法是一致的，说明本发明方法是可靠的。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种锂离子电池负极粘结剂离子电导率大小的判断方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）扣电制作：将负极粘结剂A单面均匀涂覆在铜箔上后烘干，用冲片机冲成小圆片，记录小圆片的厚度h和面积s，则该粘结剂A膜的厚度和面积分别为h-h0和s，其中铜箔厚度为h0，后以该小圆片为一极，未涂覆粘结剂的铜箔为一极，中间以隔膜分开，注入电解液，组装成扣式电池，记为A-1；
同样的方法，将负极粘结剂B也制作成扣式电池，粘结剂B膜的厚度和面积与粘结剂A保持一致，组装成的扣式电池，记为B-1；
（2）EIS测试：对步骤（1）制备的两个扣式电池A-1和B-1进行EIS测试，得到电池A-1和B-1的电荷转移内阻分别是Rct（A-1）和Rct（B-1）；
（3）计算：负极粘结剂的离子电导率λ=H/（Rct×s），其中H为粘结剂膜的厚度，s为粘结剂膜的面积，Rct为粘结剂的电荷转移内阻；
（4）判断：根据步骤（3）的计算结果，判断不同粘结剂的离子电导率的大小关系。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池负极粘结剂离子电导率大小的判断方法，其特征在于：步骤（1）中烘干温度≥60℃，烘干时间≥8h。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池负极粘结剂离子电导率大小的判断方法，其特征在于：步骤（1）中隔膜的材质是PE、PP、PE和PP复合膜中的一种。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114062955A (zh) * 2021-11-30 2022-02-18 浙江南都电源动力股份有限公司 一种锂离子电池循环寿命的快速预测方法

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