CN115588744A - 一种导电剂、正极片和锂离子电池 - Google Patents
一种导电剂、正极片和锂离子电池 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115588744A CN115588744A CN202211595400.2A CN202211595400A CN115588744A CN 115588744 A CN115588744 A CN 115588744A CN 202211595400 A CN202211595400 A CN 202211595400A CN 115588744 A CN115588744 A CN 115588744A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- positive electrode
- nano tube
- carbon nano
- active material
- electrode active
- 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
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 title claims abstract description 33
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 30
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 30
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 112
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 101
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 101
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims description 39
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 18
- 229910010707 LiFePO 4 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000005056 compaction Methods 0.000 claims description 2
- 229910013716 LiNi Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 abstract description 44
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 abstract description 17
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 30
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 30
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 21
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 21
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 20
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 20
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 20
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 20
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 20
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 20
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 20
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 20
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 20
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 17
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 16
- 239000011267 electrode slurry Substances 0.000 description 16
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 16
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 12
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 description 12
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 11
- 239000002174 Styrene-butadiene Substances 0.000 description 11
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 11
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910010710 LiFePO Inorganic materials 0.000 description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 10
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 10
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 10
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 10
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 10
- 102220043159 rs587780996 Human genes 0.000 description 10
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 10
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 10
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 10
- 238000009461 vacuum packaging Methods 0.000 description 10
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 10
- 229910052493 LiFePO4 Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000006256 anode slurry Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxol-2-one Chemical compound O=C1OC=CO1 VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910011328 LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 Inorganic materials 0.000 description 1
- DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N acetic acid;2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal;sodium Chemical compound [Na].CC(O)=O.OCC(O)C(O)C(O)C(O)C=O DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 1
- 238000010277 constant-current charging Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 235000019812 sodium carboxymethyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 229920001027 sodium carboxymethylcellulose Polymers 0.000 description 1
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
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/624—Electric conductive fillers
- H01M4/625—Carbon or graphite
-
- 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
- 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
-
- 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
Abstract
本发明公开了一种导电剂、正极片和锂离子电池，该导电剂包括碳纳米管，该碳纳米管设有开口端和与开口端相对的封闭端。本发明通过将碳纳米管设计为一端开口一端封闭的结构，能够储存足够的电解液并缓慢释放，具有较好的保液能力，并且使得电极片能够被充分浸润，因此，以该结构的碳纳米管为正极导电剂的锂离子电池具有较好的循环性能。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体地，涉及一种导电剂、正极片和锂离子电池。
背景技术
随着锂离子电池技术的逐渐发展和国家对新能源产业的不断推进，近年来汽车行业也一再增加对锂离子电池高能量密度及寿命的要求。锂离子电池循环寿命衰减的主要原因为极片中电解液不足。目前为了得到高能量密度、重量轻的锂离子电池，常采用提高锂离子电池集流体上活性物质单位面积负载量的方法，但是活性物质单位面积负载量提高会导致膜层较厚，电解液浸润困难，再结合极片中电解液不足，将加速电池极化内阻的增加，从而导致锂离子电池循环寿命的衰减。
发明内容
本发明的目的在于提供一种导电剂、正极片和锂离子电池，由此解决电极难以被电解液浸润，电极保液能力差，以及锂离子电池循环性能低的问题。
根据本发明的一个发明目的，提供一种导电剂，包括碳纳米管，该碳纳米管设有开口端和与开口端相对的封闭端。本发明通过将碳纳米管设计为一端开口一端封闭的结构，使得碳纳米管具有较好的保液能力，其能够储存足够的电解液并缓慢释放，使得电解液沿着碳纳米管之间形成的网络结构传输，从而充分浸润电极，提高电极内部的锂离子传导，提高电极导电性，进而提高了锂离子电池的循环性能。
根据本发明的第二发明目的，提供一种正极片，包括上述导电剂。
根据本发明的第三发明目的，提供一种锂离子电池，包括上述正极片。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。
本发明中，PVDF为聚偏二氟乙烯，NMP为N-甲基吡咯烷酮，CMC为羧甲基纤维素钠，SBR为丁苯橡胶，VC为碳酸亚乙烯酯，NCM为LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2。
实施例1
1）正极片制备：将正极活性材料、导电炭黑、粘结剂PVDF、碳纳米管导电剂按质量比96.5:1:2:0.5进行混合，然后向由此形成的混合物料中加入溶剂NMP，在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状，得到正极浆料；将该正极浆料均匀涂覆在正极集流体铝箔的相对两表面，室温下晾干后转移至烘箱进行干燥，然后经冷压、分切得到单面面密度为120g/m2、压实密度为3.2g/cm3的正极片。
其中，正极活性材料为粒径D50=0.55μm的LiFePO4，碳纳米管导电剂为平均长度（L）0.1μm、平均管径（d）150nm的一端开口一端封闭的碳纳米管。
2）负极片制备：将负极活性材料石墨、导电炭黑、增稠剂CMC、粘结剂SBR按质量比96.4:1:1.2:1.4进行混合，然后向由此形成的混合物料中加入溶剂去离子水，在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状，得到负极浆料；将该负极浆料均匀涂覆在负极集流体铜箔的相对两表面，室温下晾干后转移至烘箱进行干燥，然后经冷压、分切得到负极片。
3）电解液制备：将EC、EMC、DEC按体积比1:1:1混合得到有机溶剂，并添加质量为有机溶剂质量1%的VC，然后向此有机溶剂中加入充分干燥的锂盐LiPF6，搅拌至锂盐LiPF6完全溶解，以配置得到锂盐LiPF6浓度为1mol/L的电解液。
4）电池装配：将步骤1）的正极片、聚乙烯隔膜、步骤2）的负极片按顺序叠好，使聚乙烯隔膜处于正极片和负极片之间起到隔离的作用，然后卷绕得到裸电芯；将裸电芯至于外壳内，干燥后注入电解液，经真空封装、静置、化成、整形等工序，得到本实施例的锂离子电池。
实施例2
1）正极片制备：将正极活性材料、导电炭黑、粘结剂PVDF、碳纳米管导电剂按质量比96.5:1:2:0.5进行混合，然后向由此形成的混合物料中加入溶剂NMP，在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状，得到正极浆料；将该正极浆料均匀涂覆在正极集流体铝箔的相对两表面，室温下晾干后转移至烘箱进行干燥，然后经冷压、分切得到单面面密度为160g/m2、压实密度为3.5g/cm3的正极片。
其中，正极活性材料为粒径D50=0.55μm的LiFePO4，碳纳米管导电剂为平均长度15μm、平均管径1nm的一端开口一端封闭的碳纳米管。
2）负极片制备：将负极活性材料石墨、导电炭黑、增稠剂CMC、粘结剂SBR按质量比96.4:1:1.2:1.4进行混合，然后向由此形成的混合物料中加入溶剂去离子水，在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状，得到负极浆料；将该负极浆料均匀涂覆在负极集流体铜箔的相对两表面，室温下晾干后转移至烘箱进行干燥，然后经冷压、分切得到负极片。
3）电解液制备：将EC、EMC、DEC按体积比1:1:1混合得到有机溶剂，并添加质量为有机溶剂质量1%的VC，然后向此有机溶剂中加入充分干燥的锂盐LiPF6，搅拌至锂盐LiPF6完全溶解，以配置得到锂盐LiPF6浓度为1mol/L的电解液。
4）电池装配：将步骤1）的正极片、聚乙烯隔膜、步骤2）的负极片按顺序叠好，使聚乙烯隔膜处于正极片和负极片之间起到隔离的作用，然后卷绕得到裸电芯；将裸电芯至于外壳内，干燥后注入电解液，经真空封装、静置、化成、整形等工序，得到本实施例的锂离子电池。
实施例3
1）正极片制备：将正极活性材料、导电炭黑、粘结剂PVDF、碳纳米管导电剂按质量比96.5:1:2:0.5进行混合，然后向由此形成的混合物料中加入溶剂NMP，在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状，得到正极浆料；将该正极浆料均匀涂覆在正极集流体铝箔的相对两表面，室温下晾干后转移至烘箱进行干燥，然后经冷压、分切得到单面面密度为190g/m2、压实密度为3.7g/cm3的正极片。
其中，正极活性材料为粒径D50=0.55μm的LiFePO4，碳纳米管导电剂为平均长度1.5μm、平均管径5nm的一端开口一端封闭的碳纳米管。
2）负极片制备：将负极活性材料石墨、导电炭黑、增稠剂CMC、粘结剂SBR按质量比96.4:1:1.2:1.4进行混合，然后向由此形成的混合物料中加入溶剂去离子水，在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状，得到负极浆料；将该负极浆料均匀涂覆在负极集流体铜箔的相对两表面，室温下晾干后转移至烘箱进行干燥，然后经冷压、分切得到负极片。
3）电解液制备：将EC、EMC、DEC按体积比1:1:1混合得到有机溶剂，并添加质量为有机溶剂质量1%的VC，然后向此有机溶剂中加入充分干燥的锂盐LiPF6，搅拌至锂盐LiPF6完全溶解，以配置得到锂盐LiPF6浓度为1mol/L的电解液。
4）电池装配：将步骤1）的正极片、聚乙烯隔膜、步骤2）的负极片按顺序叠好，使聚乙烯隔膜处于正极片和负极片之间起到隔离的作用，然后卷绕得到裸电芯；将裸电芯至于外壳内，干燥后注入电解液，经真空封装、静置、化成、整形等工序，得到本实施例的锂离子电池。
实施例4
1）正极片制备：将正极活性材料、导电炭黑、粘结剂PVDF、碳纳米管导电剂按质量比96.5:1:2:0.5进行混合，然后向由此形成的混合物料中加入溶剂NMP，在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状，得到正极浆料；将该正极浆料均匀涂覆在正极集流体铝箔的相对两表面，室温下晾干后转移至烘箱进行干燥，然后经冷压、分切得到单面面密度为150g/m2、压实密度为3.4g/cm3的正极片。
其中，正极活性材料为粒径D50=0.55μm的LiFePO4，碳纳米管导电剂为平均长度8μm、平均管径2nm的一端开口一端封闭的碳纳米管。
2）负极片制备：将负极活性材料石墨、导电炭黑、增稠剂CMC、粘结剂SBR按质量比96.4:1:1.2:1.4进行混合，然后向由此形成的混合物料中加入溶剂去离子水，在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状，得到负极浆料；将该负极浆料均匀涂覆在负极集流体铜箔的相对两表面，室温下晾干后转移至烘箱进行干燥，然后经冷压、分切得到负极片。
3）电解液制备：将EC、EMC、DEC按体积比1:1:1混合得到有机溶剂，并添加质量为有机溶剂质量1%的VC，然后向此有机溶剂中加入充分干燥的锂盐LiPF6，搅拌至锂盐LiPF6完全溶解，以配置得到锂盐LiPF6浓度为1mol/L的电解液。
4）电池装配：将步骤1）的正极片、聚乙烯隔膜、步骤2）的负极片按顺序叠好，使聚乙烯隔膜处于正极片和负极片之间起到隔离的作用，然后卷绕得到裸电芯；将裸电芯至于外壳内，干燥后注入电解液，经真空封装、静置、化成、整形等工序，得到本实施例的锂离子电池。
实施例5
1）正极片制备：将正极活性材料、导电炭黑、粘结剂PVDF、碳纳米管导电剂按质量比96.5:1:2:0.5进行混合，然后向由此形成的混合物料中加入溶剂NMP，在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状，得到正极浆料；将该正极浆料均匀涂覆在正极集流体铝箔的相对两表面，室温下晾干后转移至烘箱进行干燥，然后经冷压、分切得到单面面密度为170g/m2、压实密度为3.6g/cm3的正极片。
其中，正极活性材料为粒径D50=0.55μm的LiFePO4，碳纳米管导电剂为平均长度0.1μm、平均管径40nm的一端开口一端封闭的碳纳米管。
2）负极片制备：将负极活性材料石墨、导电炭黑、增稠剂CMC、粘结剂SBR按质量比96.4:1:1.2:1.4进行混合，然后向由此形成的混合物料中加入溶剂去离子水，在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状，得到负极浆料；将该负极浆料均匀涂覆在负极集流体铜箔的相对两表面，室温下晾干后转移至烘箱进行干燥，然后经冷压、分切得到负极片。
3）电解液制备：将EC、EMC、DEC按体积比1:1:1混合得到有机溶剂，并添加质量为有机溶剂质量1%的VC，然后向此有机溶剂中加入充分干燥的锂盐LiPF6，搅拌至锂盐LiPF6完全溶解，以配置得到锂盐LiPF6浓度为1mol/L的电解液。
4）电池装配：将步骤1）的正极片、聚乙烯隔膜、步骤2）的负极片按顺序叠好，使聚乙烯隔膜处于正极片和负极片之间起到隔离的作用，然后卷绕得到裸电芯；将裸电芯至于外壳内，干燥后注入电解液，经真空封装、静置、化成、整形等工序，得到本实施例的锂离子电池。
实施例6
1）正极片制备：将正极活性材料、导电炭黑、粘结剂PVDF、碳纳米管导电剂按质量比96.9:1:2:0.1进行混合，然后向由此形成的混合物料中加入溶剂NMP，在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状，得到正极浆料；将该正极浆料均匀涂覆在正极集流体铝箔的相对两表面，室温下晾干后转移至烘箱进行干燥，然后经冷压、分切得到单面面密度为160g/m2、压实密度为3.5g/cm3的正极片。
其中，正极活性材料为粒径D50=0.55μm的LiFePO4，碳纳米管导电剂为平均长度12μm、平均管径1nm的一端开口一端封闭的碳纳米管。
2）负极片制备：将负极活性材料石墨、导电炭黑、增稠剂CMC、粘结剂SBR按质量比96.4:1:1.2:1.4进行混合，然后向由此形成的混合物料中加入溶剂去离子水，在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状，得到负极浆料；将该负极浆料均匀涂覆在负极集流体铜箔的相对两表面，室温下晾干后转移至烘箱进行干燥，然后经冷压、分切得到负极片。
3）电解液制备：将EC、EMC、DEC按体积比1:1:1混合得到有机溶剂，并添加质量为有机溶剂质量1%的VC，然后向此有机溶剂中加入充分干燥的锂盐LiPF6，搅拌至锂盐LiPF6完全溶解，以配置得到锂盐LiPF6浓度为1mol/L的电解液。
4）电池装配：将步骤1）的正极片、聚乙烯隔膜、步骤2）的负极片按顺序叠好，使聚乙烯隔膜处于正极片和负极片之间起到隔离的作用，然后卷绕得到裸电芯；将裸电芯至于外壳内，干燥后注入电解液，经真空封装、静置、化成、整形等工序，得到本实施例的锂离子电池。
实施例7
1）正极片制备：将正极活性材料、导电炭黑、粘结剂PVDF、碳纳米管导电剂按质量比96.5:1:2:0.5进行混合，然后向由此形成的混合物料中加入溶剂NMP，在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状，得到正极浆料；将该正极浆料均匀涂覆在正极集流体铝箔的相对两表面，室温下晾干后转移至烘箱进行干燥，然后经冷压、分切得到单面面密度为160g/m2、压实密度为3.5g/cm3的正极片。
其中，正极活性材料为粒径D50=3.5μm的NCM，碳纳米管导电剂为平均长度3μm、平均管径5nm的一端开口一端封闭的碳纳米管。
2）负极片制备：将负极活性材料石墨、导电炭黑、增稠剂CMC、粘结剂SBR按质量比96.4:1:1.2:1.4进行混合，然后向由此形成的混合物料中加入溶剂去离子水，在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状，得到负极浆料；将该负极浆料均匀涂覆在负极集流体铜箔的相对两表面，室温下晾干后转移至烘箱进行干燥，然后经冷压、分切得到负极片。
3）电解液制备：将EC、EMC、DEC按体积比1:1:1混合得到有机溶剂，并添加质量为有机溶剂质量1%的VC，然后向此有机溶剂中加入充分干燥的锂盐LiPF6，搅拌至锂盐LiPF6完全溶解，以配置得到锂盐LiPF6浓度为1mol/L的电解液。
4）电池装配：将步骤1）的正极片、聚乙烯隔膜、步骤2）的负极片按顺序叠好，使聚乙烯隔膜处于正极片和负极片之间起到隔离的作用，然后卷绕得到裸电芯；将裸电芯至于外壳内，干燥后注入电解液，经真空封装、静置、化成、整形等工序，得到本实施例的锂离子电池。
对比例1
1）正极片制备：将正极活性材料、导电炭黑、粘结剂PVDF、碳纳米管导电剂按质量比96.5:1:2:0.5进行混合，然后向由此形成的混合物料中加入溶剂NMP，在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状，得到正极浆料；将该正极浆料均匀涂覆在正极集流体铝箔的相对两表面，室温下晾干后转移至烘箱进行干燥，然后经冷压、分切得到单面面密度为140g/m2、压实密度为3.3g/cm3的正极片。
其中，正极活性材料为粒径D50=0.55μm的LiFePO4，碳纳米管导电剂为平均长度0.1μm、平均管径40nm的两端开口的碳纳米管。
2）负极片制备：将负极活性材料石墨、导电炭黑、增稠剂CMC、粘结剂SBR按质量比96.4:1:1.2:1.4进行混合，然后向由此形成的混合物料中加入溶剂去离子水，在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状，得到负极浆料；将该负极浆料均匀涂覆在负极集流体铜箔的相对两表面，室温下晾干后转移至烘箱进行干燥，然后经冷压、分切得到负极片。
3）电解液制备：将EC、EMC、DEC按体积比1:1:1混合得到有机溶剂，并添加质量为有机溶剂质量1%的VC，然后向此有机溶剂中加入充分干燥的锂盐LiPF6，搅拌至锂盐LiPF6完全溶解，以配置得到锂盐LiPF6浓度为1mol/L的电解液。
4）电池装配：将步骤1）的正极片、聚乙烯隔膜、步骤2）的负极片按顺序叠好，使聚乙烯隔膜处于正极片和负极片之间起到隔离的作用，然后卷绕得到裸电芯；将裸电芯至于外壳内，干燥后注入电解液，经真空封装、静置、化成、整形等工序，得到本实施例的锂离子电池。
对比例2
1）正极片制备：将正极活性材料、导电炭黑、粘结剂PVDF、碳纳米管导电剂按质量比96.5:1:2:0.5进行混合，然后向由此形成的混合物料中加入溶剂NMP，在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状，得到正极浆料；将该正极浆料均匀涂覆在正极集流体铝箔的相对两表面，室温下晾干后转移至烘箱进行干燥，然后经冷压、分切得到单面面密度为200g/m2、压实密度为3.9g/cm3的正极片。
其中，正极活性材料为粒径D50=0.55μm的LiFePO4，碳纳米管导电剂为平均长度8μm、平均管径2nm的两端开口的碳纳米管。
2）负极片制备：将负极活性材料石墨、导电炭黑、增稠剂CMC、粘结剂SBR按质量比96.4:1:1.2:1.4进行混合，然后向由此形成的混合物料中加入溶剂去离子水，在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状，得到负极浆料；将该负极浆料均匀涂覆在负极集流体铜箔的相对两表面，室温下晾干后转移至烘箱进行干燥，然后经冷压、分切得到负极片。
3）电解液制备：将EC、EMC、DEC按体积比1:1:1混合得到有机溶剂，并添加质量为有机溶剂质量1%的VC，然后向此有机溶剂中加入充分干燥的锂盐LiPF6，搅拌至锂盐LiPF6完全溶解，以配置得到锂盐LiPF6浓度为1mol/L的电解液。
4）电池装配：将步骤1）的正极片、聚乙烯隔膜、步骤2）的负极片按顺序叠好，使聚乙烯隔膜处于正极片和负极片之间起到隔离的作用，然后卷绕得到裸电芯；将裸电芯至于外壳内，干燥后注入电解液，经真空封装、静置、化成、整形等工序，得到本实施例的锂离子电池。
对比例3
1）正极片制备：将正极活性材料、导电炭黑、粘结剂PVDF、碳纳米管导电剂按质量比96.5:1:2:0.5进行混合，然后向由此形成的混合物料中加入溶剂NMP，在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状，得到正极浆料；将该正极浆料均匀涂覆在正极集流体铝箔的相对两表面，室温下晾干后转移至烘箱进行干燥，然后经冷压、分切得到单面面密度为140g/m2、压实密度为3.3g/cm3的正极片。
其中，正极活性材料为粒径D50=3.5μm的NCM，碳纳米管导电剂为平均长度3μm、平均管径5nm的两端封闭的碳纳米管。
2）负极片制备：将负极活性材料石墨、导电炭黑、增稠剂CMC、粘结剂SBR按质量比96.4:1:1.2:1.4进行混合，然后向由此形成的混合物料中加入溶剂去离子水，在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状，得到负极浆料；将该负极浆料均匀涂覆在负极集流体铜箔的相对两表面，室温下晾干后转移至烘箱进行干燥，然后经冷压、分切得到负极片。
3）电解液制备：将EC、EMC、DEC按体积比1:1:1混合得到有机溶剂，并添加质量为有机溶剂质量1%的VC，然后向此有机溶剂中加入充分干燥的锂盐LiPF6，搅拌至锂盐LiPF6完全溶解，以配置得到锂盐LiPF6浓度为1mol/L的电解液。
4）电池装配：将步骤1）的正极片、聚乙烯隔膜、步骤2）的负极片按顺序叠好，使聚乙烯隔膜处于正极片和负极片之间起到隔离的作用，然后卷绕得到裸电芯；将裸电芯至于外壳内，干燥后注入电解液，经真空封装、静置、化成、整形等工序，得到本实施例的锂离子电池。
表1为实施例1-7以及对比例1-3的正极材料的选取条件。
表1
| 正极活性材料 | 正极活性材料粒径D50 | 碳纳米管结构 | 碳纳米管平均长度 | 碳纳米管平均管径 | 正极活性材料与碳纳米管质量比 | |
| 实施例1 | LiFePO4 | 0.55μm | 一端开口 | 0.1μm | 150nm | 96.5:0.5 |
| 实施例2 | LiFePO4 | 0.55μm | 一端开口 | 15μm | 1nm | 96.5:0.5 |
| 实施例3 | LiFePO4 | 0.55μm | 一端开口 | 1.5μm | 5nm | 96.5:0.5 |
| 实施例4 | LiFePO4 | 0.55μm | 一端开口 | 8μm | 2nm | 96.5:0.5 |
| 实施例5 | LiFePO4 | 0.55μm | 一端开口 | 0.1μm | 40nm | 96.5:0.5 |
| 实施例6 | LiFePO4 | 0.55μm | 一端开口 | 12μm | 1nm | 96.9:0.1 |
| 实施例7 | NCM | 3.5μm | 一端开口 | 3μm | 5nm | 96.5:0.5 |
| 对比例1 | LiFePO4 | 0.55μm | 两端开口 | 0.1μm | 40nm | 96.5:0.5 |
| 对比例2 | LiFePO4 | 0.55μm | 两端开口 | 8μm | 2nm | 96.5:0.5 |
| 对比例3 | NCM | 3.5μm | 两端封闭 | 3μm | 5nm | 96.5:0.5 |
性能测试与分析
1、测试对象：实施例1-7、对比例1-3制备的锂离子电池。
2、测试项目
循环性能测试：在60℃下，将测试对象以1C倍率恒流充电至电压3.65V（LiFePO4）或4.3V（NCM），然后恒压放电至电流小于0.05C，静置5分钟，再以1C倍率放电至电压2.5V（LiFePO4）或2.75V（NCM），静置5分钟。按照前述步骤循环测试，直至锂离子电池循环800圈，记录首次循环和800圈循环后电池容量，以及800圈循环后电池容量保持率。
3、测试结果：参见表2。
表2
| 测试对象 | L/d | L/D50 | 单面面密度 （g/m2） | 压实密度（g/cm3） | 首次循环电池容量 | 800圈后电池容量 | 800圈后电池容量保持率/% |
| 实施例1 | 0.667 | 0.182 | 120 | 3.2 | 2267.1 | 1863.6 | 82.2 |
| 实施例2 | 15000 | 27.273 | 160 | 3.5 | 2366.4 | 2020.9 | 85.4 |
| 实施例3 | 300 | 2.727 | 190 | 3.7 | 2294.6 | 2060.6 | 89.8 |
| 实施例4 | 4000 | 14.545 | 150 | 3.4 | 2353.5 | 2169.9 | 91.2 |
| 实施例5 | 2.5 | 0.182 | 170 | 3.6 | 2325.7 | 2032.7 | 87.4 |
| 实施例6 | 12000 | 21.818 | 160 | 3.5 | 2353.5 | 2120.5 | 90.1 |
| 实施例7 | 600 | 0.857 | 160 | 3.5 | 2302.9 | 1754.8 | 76.2 |
| 对比例1 | 2.5 | 0.182 | 140 | 3.3 | 2389.5 | 1794.5 | 77.1 |
| 对比例2 | 4000 | 14.545 | 200 | 3.9 | 2135.2 | 1498.9 | 78.2 |
| 对比例3 | 600 | 0.857 | 140 | 3.3 | 2103.6 | 1464.1 | 69.6 |
（1）从碳纳米管结构分析
①参见对比例1-2、实施例4-5的数据，对比例1与实施例5制备过程中的区别在于碳纳米管为两端开口结构，在相同测试条件下进行800圈循环测试后，对比例1的电池容量保持率（77.1%）比实施例5（87.4%）低10.3%；对比例2与实施例4制备过程的区别在于碳纳米管为两端开口结构，在相同测试条件下进行800圈循环测试后，对比例2的电池容量保持率（78.2%）比实施例4（91.2%）低13%。
②参见对比例3和实施例7的数据，对比例3与实施例7制备过程中的区别在于碳纳米管为两端封闭结构，在相同测试条件下进行800圈循环后，对比例3的电池容量保持率（69.6%）比实施例7（76.2%）低6.6%。
综合上述结果可知，本发明设计碳纳米管为一端开口一端封闭的结构，能够储存足够的电解液并缓慢释放，具有较好的保液能力，并且使得电极片能够被充分浸润，因此，以该结构的碳纳米管为正极导电剂的锂离子电池具有较好的循环性能。而碳纳米管两端均开口，保液能力差，因此，电池循环性能较差；对于两端封闭的碳纳米管，其内部不能存储电解液，无法在循环后期提供电解液，极化内阻增加，相应地，电池循环性能变差。
此外，参见各实施例和对比例的正极片的单面面密度和压实密度数据可知，当正极片的单面面密度较大时，可通过提高压实密度的方式降低正极片的厚度，从而降低内阻。当正极片的单面面密度过大时，进一步提高压实密度会导致正极片内部孔隙率降低，降低正极片的保液能力，而本发明的一端开口的碳纳米管具有较好的保液能力，使得正极片在较高的单面面密度下仍具有较好的保液能力，从而保证了锂离子电池的较高循环性能。
（2）从正极活性材料分析
参见实施例1-6和实施例7的数据，实施例1-6与实施例7的主要区别在于正极活性材料不同，相应地，循环测试时电压不同，在进行800圈循环测试后，实施例7的电池容量保持率比实施例1-6低6%-15%。由此表明，正极活性材料LiFePO4相较于NCM有利于提高锂离子电池的循环性能。
（3）从碳纳米管的长径比分析
参见实施例1-6的数据，在正极活性材料选择LiFePO4且碳纳米管为一端开口结构的前提下，碳纳米管的长径比在0.66-15000范围内，在进行800圈循环测试后，实施例1-6的电池容量保持率均高于80%，说明该长径比范围内的碳纳米管具有较好的分散效果和保液效果，且容易释放电解液。
进一步分析，实施例1的碳纳米管的长径比相对较小，说明碳纳米管的长度较短，保液能力较差，相应地，实施例1的循环性能相对较差。实施例2的碳纳米管的长径比偏大，碳纳米管的长度过长，一方面，碳纳米管容易团聚，不易分散，不能均匀包覆正极活性材料；另一方面，过长的碳纳米管难以释放电解液，导致电池循环性能较差。因此，较优的长径比范围为2.5-12000，800圈循环测试后电池容量保持率在90%左右。
（4）从碳纳米管长径比与碳纳米管添加量的关系分析
参见实施例1-5和实施例6的数据，实施例1-5的碳纳米管添加量相同，且高于实施例6，在实施例1-5中，碳纳米管的长径比控制在2.5-4000范围内时，电池循环性能较好；对于实施例6，碳纳米管的添加量有所减少，其将碳纳米管的长径比提高至12000，可有效提高电池的循环性能。由此表明，当降低碳纳米管的添加量后，较长的碳纳米管的分散效果有所改善，可以选择长径比较大的碳纳米管，以提高碳纳米管的保液效果，从而提高电池的循环性能。
（5）从碳纳米管的长度与正极活性材料的粒径D50的关系分析
参见实施例1-6的数据，其L/D50的比值在0.182-27.273范围内。
但是，由于实施例1的L/D50比值相对较小，说明碳纳米管长度较短，正极活性材料不能被碳纳米管完整包覆，导致导电网络不能有效搭建，导电性能较差，从而使得电池的循环性能较差。实施例2的L/D50比值偏大，碳纳米管的长度过长，难以分散，也会影响碳纳米管对正极活性材料的包覆，因此，电池的循环性能也相对较低。因此，L/D50比值优选0.182-14.545。
而参见实施例6的数据，其相较于实施例1-5而言，碳纳米管的添加量减少。实施例6的L/D50比值为21.818，碳纳米管较长，但是由于其含量少，分散较容易，因此可以有效搭建导电网络，从而使得电池具有较好的循环性能。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (13)
1.一种导电剂，包括碳纳米管，其特征在于：所述碳纳米管设有开口端和与开口端相对的封闭端。
2.根据权利要求1所述的一种导电剂，其特征在于：所述碳纳米管的长径比为0.66-15000。
3.根据权利要求2所述的一种导电剂，其特征在于：所述碳纳米管的长度为0.1-15μm，所述碳纳米管的管径为1-150nm。
4.一种正极片，包括正极集流体及设在正极集流体表面的膜层，其特征在于：所述膜层包括正极活性材料和权利要求1-3任意一项所述的导电剂。
5.根据权利要求4所述的一种正极片，其特征在于：所述正极活性材料包括LiFePO4和LiNixCoyMn(1-x-y)O2中的至少一种，其中0＜x＜1,0＜y＜1,0＜x+y＜1，所述正极活性材料的粒径D50为0.3-20μm。
6.根据权利要求5所述的一种正极片，其特征在于：所述正极片的单面的面密度为120-190g/m2，所述正极片的压实密度为3.2-3.7g/cm3。
7.根据权利要求6所述的一种正极片，其特征在于：所述碳纳米管的长度与所述正极活性材料的粒径D50的比值为0.005-50。
8.根据权利要求7所述的一种正极片，其特征在于：所述正极活性材料的粒径D50为0.5-3.5μm，所述碳纳米管的长度与所述正极活性材料的粒径D50的比值为0.182-27.273。
9.根据权利要求8所述的一种正极片，其特征在于：所述碳纳米管的质量为所述膜层总质量的0.1-0.5%。
10.根据权利要求9所述的一种正极片，其特征在于：所述碳纳米管的质量为所述膜层总质量的0.4-0.5%，所述碳纳米管的长径比为2.5-4000，所述碳纳米管的长度与所述正极活性材料的粒径D50比值为0.182-14.545。
11.根据权利要求9所述的一种正极片，其特征在于：所述碳纳米管的质量为所述膜层总质量的0.1-0.4%，所述碳纳米管的长径比为5000-12000，所述碳纳米管的长度与所述正极活性材料的粒径D50比值为15-21.818。
12.根据权利要求11所述的一种正极片，其特征在于：所述碳纳米管的长度为9-12μm，所述碳纳米管的管径为1-3nm。
13.一种锂离子电池，其特征在于：包括权利要求4-12任意一项所述的正极片。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211595400.2A CN115588744A (zh) | 2022-12-13 | 2022-12-13 | 一种导电剂、正极片和锂离子电池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211595400.2A CN115588744A (zh) | 2022-12-13 | 2022-12-13 | 一种导电剂、正极片和锂离子电池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115588744A true CN115588744A (zh) | 2023-01-10 |
Family
ID=84783278
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211595400.2A Pending CN115588744A (zh) | 2022-12-13 | 2022-12-13 | 一种导电剂、正极片和锂离子电池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115588744A (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006269090A (ja) * | 2005-03-22 | 2006-10-05 | Mitsubishi Plastics Ind Ltd | 燃料電池用セパレータおよびその製造方法 |
| US20090325069A1 (en) * | 2006-08-29 | 2009-12-31 | Arihiro Anada | Binder for electrode formation, slurry for electrode formation using the binder, electrode using the slurry, rechargeable battery using the electrode, and capacitor using the electrode |
| US20110287316A1 (en) * | 2010-05-21 | 2011-11-24 | Ada Technologies, Inc. | High performance carbon nano-tube composites for electrochemical energy storage devices |
| JP2014185074A (ja) * | 2013-02-22 | 2014-10-02 | Nec Corp | カーボンナノホーン集合体、これを用いた電極材料及びその製造方法 |
-
2022
- 2022-12-13 CN CN202211595400.2A patent/CN115588744A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006269090A (ja) * | 2005-03-22 | 2006-10-05 | Mitsubishi Plastics Ind Ltd | 燃料電池用セパレータおよびその製造方法 |
| US20090325069A1 (en) * | 2006-08-29 | 2009-12-31 | Arihiro Anada | Binder for electrode formation, slurry for electrode formation using the binder, electrode using the slurry, rechargeable battery using the electrode, and capacitor using the electrode |
| US20110287316A1 (en) * | 2010-05-21 | 2011-11-24 | Ada Technologies, Inc. | High performance carbon nano-tube composites for electrochemical energy storage devices |
| JP2014185074A (ja) * | 2013-02-22 | 2014-10-02 | Nec Corp | カーボンナノホーン集合体、これを用いた電極材料及びその製造方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2022116588A1 (zh) | 补锂负极极片及其制备方法和锂离子电池 | |
| CN111540881B (zh) | 一种负极片、制备方法及包含其的锂离子电池 | |
| WO2022267538A1 (zh) | 钠离子电池的负极极片、电化学装置及电子设备 | |
| US11183677B2 (en) | Preparation method and product of lithium-ion battery electrode sheet with vertical vent structures | |
| CN110739485A (zh) | 一种低温锂离子电池 | |
| CN111540880B (zh) | 一种负极片、制备方法及包含其的锂离子电池 | |
| WO2016107564A1 (zh) | 一种高倍率性能锂硫电池的复合正极材料及制备方法 | |
| CN102956895B (zh) | 表面复合包覆的正极材料及其制备方法和锂离子电池 | |
| CN111092254A (zh) | 一种低界面阻抗高界面相容性全固态电池 | |
| CN111430723A (zh) | 补锂集流体及其制备方法、应用、负极极片和锂离子电池 | |
| CN112635915A (zh) | 一种用于金属锂负极的改性隔膜及其制备方法和应用 | |
| CN109671943A (zh) | 一种高首效硅碳复合负极材料及其制备方法 | |
| CN113540416A (zh) | 一种固体电解质包覆石墨复合材料及其制备方法和应用、锂离子电池 | |
| CN114400301A (zh) | 一种高性能锂离子电池厚极片及其制备方法 | |
| CN116093417A (zh) | 钠离子电池和储能设备 | |
| CN115207263A (zh) | 一种二次电池 | |
| CN112687839A (zh) | 一种极片及其制备方法和锂离子电池 | |
| CN114497440B (zh) | 一种负极片及包括该负极片的电池 | |
| CN116314590A (zh) | 一种钠离子电池及其制备方法 | |
| CN116314774A (zh) | 负极极片及其制备方法、钠离子电池 | |
| CN116417658A (zh) | 一种二次电池及其应用 | |
| CN108039453B (zh) | 一种利用涂层提高锂电池负极循环性能的方法 | |
| CN115588744A (zh) | 一种导电剂、正极片和锂离子电池 | |
| CN115275168A (zh) | 一种高倍率的锂离子电池负极材料及其制备方法 | |
| CN114709367A (zh) | 负极片、锂离子电池及负极片的制备方法 |
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: 20230110 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |