CN1881660A - 一种二次锂离子电池用的具有综合性能的正极片或负极片 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种二次锂离子电池用的具有综合性能的正极片，包括在基材表面涂覆由正极片活性材料、胶粘剂和添加剂混合的第一涂层，其混合比例为活性材料∶胶粘剂∶添加剂＝(80－90)∶(10－4)∶(10－6)重量份，其第一涂层的厚度为0.1－300um。或者在基材表面涂覆由负极片活性材料、胶粘剂和添加剂混合的第一涂层，其混合比例为活性材料∶胶粘剂∶添加剂＝(70－94)∶(10－2)∶(20－4)重量份，其厚度为0.1－250um。本发明的极片由在基材表面涂覆多层，通过变换不同的极片活性材料、胶粘剂及添加剂混合组成，改变极片的综合性能，达到各层之间结合紧密，加强了界面颗粒的粘接，提高了涂层的剥离力，保证极片性能及界面粘接，以满足电池性能要求。
Description
技术领域
本发明涉及电池的极片，特别是涉及一种二次锂离子电池用的具有综合性能的正极片或负极片。
背景技术
通常锂离子电池的极片是将活性物质涂覆在金属箔的表面，经过压滚滚压，形成光滑而致密的表面。活性物质包括石墨、LiMn2O4、LiCoO2、活性碳纤维等，通常在极片只涂覆单一的涂层，这样正负极片性能单一，并且界面粘接也不牢，容易脱落。另外，通常锂离子电池的正极片或负极片，还会在涂布锂离子二次电池的极片过程中常常出现涂层太厚，而浆料的黏度太大难于加工的问题。由于现在单一涂层的极片结构，还导致极片性能不可以按照电池性能要求调整，同时不能解决粘接的界面问题。
发明内容
本发明的目的在于：克服已有的锂离子二次电池极片上的活性材料容易脱落的缺陷，以及单一涂层的极片只具有单一性能的缺陷；从而提供一种采取在一片极片上，涂覆多种胶粘剂分别与多种极片活性材料组合的涂层，其性能可以按照锂离子二次电池要求进行组合，制造出一种二次锂离子电池用的具有综合性能的正极片或负极片。
本发明的目的是这样实现的：
本发明提供的一种二次锂离子电池用的具有综合性能的正极片，包括在基材铝箔的表面涂覆第一涂层，该第一涂层包括正极片活性材料、胶粘剂和添加剂，其混合比例为活性材料∶胶粘剂∶添加剂＝(75-94)∶(10-3)∶(15-3)重量份，其第一涂层的厚度为0.1-300um。
在上述的技术方案中，还包括在第一涂层上再涂覆由极片活性材料、胶粘剂、添加剂混合的第二涂层，所述的第二涂层混合比例为活性材料∶胶粘剂∶添加剂＝(70-94)∶(10-2)∶(20-4)重量份；其第二涂层的厚度为2-200um。
以此类推至第N层，其中1≤N≤100，所述的每一涂层的厚度为0.1um-300um，其总厚度为0.1-1000um。
在上述的技术方案中，所述的正极片活性材料层包括：锰酸锂、磷酸铁锂、钴酸锂或钒酸锂。
在上述的技术方案中，所述的胶粘剂包括：聚偏氟乙烯(PVDF)、改性SBR、聚胺脂、羟甲基纤维素钠(CMC)或聚丙烯腈。
在上述的技术方案中，所述的添加剂包括：碳黑、活性碳、碳纤维、石墨纤维、纳米碳纤维、碳酸锂(Li2CO3)、羟乙基纤维素(HEC)、三氧化二铝、氢氧化锂(LiOH)或活性碳纤维、含碳量≥99％的粒径≤3um的石墨微粉、碳硅/碳硼晶须。
本发明提供的一种二次锂离子电池用的具有综合性能的负极片，包括在基材铜箔的表面涂覆第一涂层，该第一涂层包括极片活性材料、胶粘剂和添加剂，其混合比例为活性材料∶胶粘剂∶添加剂＝(70-94)∶(10-2)∶(20-4)重量份，其厚度为0.1-250um。
在上述的技术方案中，在第一涂层上再涂覆由负极片活性材料、胶粘剂和添加剂混合的第二涂层，其第二涂层的混合比例为负极片活性材料∶胶粘剂∶添加剂＝(70-94)∶(10-3)∶(20-2)重量份，其第二涂层的厚度为0.1-200um；以此类推至第N层，其中1≤N≤100，所述的每一涂层的厚度为0.1um-300um，其总厚度为0.1-1000um。
在上述的技术方案中，所述的负极片活性材料层包括：石墨、活性碳、活性碳纤维、表面改性的石墨、锡氧化物或中间相碳微球。
在上述的技术方案中，所述的胶粘剂包括：聚偏氟乙烯(PVDF)、改性SBR、聚胺脂、羟甲基纤维素钠(CMC)或聚丙烯腈。
在上述的技术方案中，所述的添加剂包括：碳黑、活性碳、碳纤维、石墨纤维、纳米碳纤维、碳酸锂(Li2CO3)、羟乙基纤维素(HEC)、三氧化二铝、氢氧化锂(LiOH)、活性碳纤维或碳硅晶须、含碳量≥99％的粒径≤3um的石墨微粉、碳硼晶须。
本发明的具有以下优点：
本发明的二次锂离子电池用的具有综合性能的极片(包括正、负极片)，在金属箔的表面涂覆多种涂层复合，使极片具有多种材料的综合性能，同时可以变换不同的活性材料与胶粘剂、添加剂的组合，变换它们之间的配方，从而达到一块极片具有多种性能，而且电池的性能也就得到提高。由于添加胶粘剂达到各层之间结合紧密，加强了界面颗粒的粘接，提高了涂层的剥离力，保证极片性能及界面粘接满足电池要求。
附图说明
图1本发明的负极片结构示意图
图2本发明的负极片结构的另一种实施例示意图
图3本发明的正极片结构的一种实施例示意图
图4本发明的正极片结构的另一种实施例示意图
图面说明：
基材-1 第一涂层-2 第二涂层-3
第三涂层-4 第四涂层-5 第五涂层-6
第一涂层-7
具体实施方式
实施例1
本实施例的基材1采用厚度为10um的铜箔，其铜箔的基材1表面涂覆一层由负极片活性材料、胶粘剂和添加剂混合的第一涂层2，其中负极片活性材料为活性碳纤维∶胶粘剂聚胺脂∶添加剂碳黑，其混合的比例为：89∶5∶6重量份，第一涂层2厚度为50um。
实施例2
参考图1，基材1采用厚度为10um的铜箔，其铜箔的基材1表面涂覆一层由负极片活性材料、胶粘剂和添加剂混合的第一涂层2，其中负极片活性材料为中间相碳微球(MCMB)∶胶粘剂聚胺脂∶添加剂碳黑进行混合，其混合的比例为：89∶5∶6重量份，第一涂层2厚度为50um。然后在第一涂层2上涂覆第二涂层3，该第二涂层3由负极片活性材料石墨、胶粘剂PVDF及添加剂碳黑混合，，其中混合的重量比例为：90∶5∶5，所述的第二涂层3厚度为250um。
实施例3
参考图1，基材1采用厚度为10um的铜箔，其铜箔的基材1表面涂覆一层由负极片活性材料、胶粘剂和添加剂混合的第一涂层2，其中负极片活性材料活性碳纤维∶胶粘剂聚胺脂∶添加剂碳黑混合，第一涂层2的混合比例为：88∶6∶6重量份，第一涂层2厚度为80um。然后在第一涂层2上再涂覆第二层由负极片活性材料、胶粘剂及添加剂混合的第二涂层3，其中第二涂层3中的负极片活性材料表面改性石墨∶胶粘剂PVDF∶添加剂碳黑混合，其混合的重量比例为：89∶5∶6，所述的第二涂层3厚度为300um。
实施例4
参考图2，基材1采用厚度为16um的铜箔，其铜箔的基材1表面涂覆一层由负极片活性材料、胶粘剂和添加剂混合的第一涂层2，其中负极片活性材料石墨∶胶粘剂聚胺脂∶添加剂碳黑混合的比例为：87∶7∶6重量份，第一涂层2厚度为90um。然后在第一涂层2上再涂覆第二涂层3，该第二涂层3由负极片活性材料表面改性石墨∶胶粘剂PVDF∶添加剂碳黑进行混合，其混合的比例为：90∶5∶5重量份，所述的第二涂层3厚度为250um。然后在第二涂层3上再涂覆第三涂层4，所述的第三涂层4由负极片活性材料活性碳纤维∶胶粘剂PVDF∶添加剂(其中添加剂为含碳量99％的粒径≤1um的石墨微粉)混合，混合比例为：80∶10∶10重量份，所述的第三涂层4厚度为30um。
实施例5
本实施例的基材1采用厚度为20um的铝箔，其铝箔的基材1表面涂覆一由正极片活性材料、胶粘剂和添加剂混合的第一涂层2，其中正极片活性材料活性材料锰酸锂∶胶粘剂聚胺脂∶添加剂碳黑混合比例为：80∶5∶15重量份，其中第一涂层2厚度为180um。
实施例6
本实施例的基材1采用厚度为20um的铝箔，其铝箔的基材1表面涂覆一由正极片活性材料、胶粘剂和添加剂混合的第一涂层2，其中正极片活性材料活性材料磷酸铁锂∶胶粘剂聚胺脂∶添加剂碳黑混合比例为：80∶5∶15重量份，其中第一涂层2厚度为50um。然后在第一涂层2上再涂覆第二涂层3，第二涂层3由正极片活性材料锰酸锂∶胶粘剂PVDF∶添加剂碳黑进行混合，其混合比例为：90∶4∶6重量份，所述的第二涂层3厚度为350um。
实施例7
参考图3基材1采用厚度为20um的铝箔，其铝箔的基材1表面涂覆一由正极片活性材料、胶粘剂和添加剂混合的第一涂层2，其中正极片活性材料活性材料磷酸铁锂∶胶粘剂聚胺脂∶添加剂碳黑混合比例为：80∶5∶15重量份，其中第一涂层2厚度为50um。然后在第一涂层2上再涂覆第二涂层3，第二涂层3由正极片活性材料锰酸锂∶胶粘剂PVDF∶添加剂碳黑进行混合，其混合比例为：90∶4∶6重量份，所述的第二涂层3厚度为250um。然后在第二涂层3上再涂覆第三涂层4，第三涂层4由正极片活性材料钒酸锂∶胶粘剂PVDF∶添加剂碳黑进行混合，其混合比例为：89∶4∶7重量份，所述的第三涂层4厚度为150um。
实施例8
本实施例的基材1采用厚度为20um的铝箔，其基材1表面涂覆一由正极片活性材料、胶粘剂和添加剂混合的第一涂层2，其中正极片活性材料钴酸锂∶胶粘剂聚胺脂∶添加剂碳黑进行混合，混合比例为：85∶5∶10重量份，第一涂层2厚度为150um。然后在第一涂层2上涂覆第二涂层3，第二涂层3由正极片活性材料磷酸铁锂∶胶粘剂PVDF∶添加剂(添加剂为含碳量≥99％的粒径≤1um的石墨微粉)进行混合，其混合比例为：75∶4∶21重量份，所述的第二涂层3厚度为300um。
实施例9
参考图1，基材1采用厚度为18um的铝箔，其基材1表面涂覆第一涂层2，其中第一涂层2的活性材料钒酸锂∶胶粘剂聚胺脂∶添加剂碳纤维进行混合，混合比例为：89∶5∶6重量份，第一涂层2厚度为130um。然后在第一涂层2上涂覆第二涂层3由极片活性材料锰酸锂∶胶粘剂PVDF∶添加剂碳黑进行混合，混合比例为：90∶4∶6重量份，所述的第二涂层3厚度为300um。
实施例10 参考图4基材1采用厚度为18um的铝箔，其铝箔的基材1表面涂覆一由正极片活性材料、胶粘剂和添加剂混合的第一涂层2，其中正极片活性材料活性材料磷酸铁锂∶胶粘剂聚胺脂∶添加剂碳黑混合比例为：80∶5∶15重量份，其中第一涂层2厚度为50um。然后在第一涂层2上再涂覆第二涂层3，第二涂层3由正极片活性材料锰酸锂∶胶粘剂PVDF∶添加剂碳黑进行混合，其混合比例为：91∶4∶5重量份，所述的第二涂层3厚度为80um。然后在第二涂层3上再涂覆第三涂层4，第三涂层4由正极片活性材料磷酸铁锂∶胶粘剂PVDF∶添加剂碳黑进行混合，其混合比例为：85∶5∶10重量份，所述的第三涂层4厚度为100um。在第三涂层4上再涂覆第四涂层5，第四涂层5由正极片活性材料钴酸锂∶胶粘剂PVDF∶添加剂碳黑进行混合，其混合比例为：92∶4∶4重量份，所述的第四涂层5厚度为120um；在第四涂层5上再涂覆第五涂层6，第五涂层6由正极片活性材料锰酸锂∶胶粘剂PVDF∶添加剂碳纤维进行混合，其混合比例为：90∶4∶6重量份，所述的第五涂层6厚度为90um；在第五涂层6上再涂覆第六涂层7，第六涂层7由正极片活性材料磷酸铁锂∶胶粘剂PVDF∶添加剂纳米碳纤维及碳黑进行混合，其混合比例为：90∶4∶2∶4重量份，所述的第六涂层7厚度为40um。
现有结构极片及本发明结构负极片的剥离力对比表
| 现有结构极片(N/cm) | 本发明结构极片(N/cm) | |
| 剥离力 | 1.82.01.82.52.2 | 4.94.85.25.65.3 |
| 平均值 | 2.1 | 5.16 |
以上实施例1-2制作的负极片与现有负极片相比具有如下优点：
1.以按照电池性能要求决定各极片层的配方，极片具有各个层材料组合性能，提高了电池的性能。
2.增强了极片性能的灵活性。
现有极片只有单一涂层，其性能是单一的，所组装的电池不能满足电池的多性能要求，限制了电池的使用范围。由于本发明是由多层组成的，其性能可以按照要求进行组合，具有综合性能优点，在本实施例中第一层MCMB大电流放电性能好可以提高电池的功率。在第二层添加了比容量高的石墨活性材料，大大地提高电池的容量及放电时间。第一层中用聚胺脂做为粘接剂提高了极片的剥离强度，由于此极片所组装的同样体积及重量的电池既可以大电流放电又具有较大的容量，这种电池同时具有二种性能，其既可以使用在大电流放电的用电器也可以用于需要大容量的用电器。而按照现有结构的极片所组装的电池或者只有大电流放电性能或者只有大容量性能，不能同时具有二种性能。
现有结构正极片及本发明的实施例5-8结构的正极片剥离力对比表
| 现有结构极片(N/cm) | 本发明结构极片(N/cm) | |
| 剥离力 | 2.82.93.23.33.1 | 5.96.56.26.46.5 |
| 平均值 | 3.1 | 6.3 |
实施例中正极片与现有极片相比有如下性能优点：
1，第一层由于活性材料钴酸锂，其比容量与磷酸铁锂相当，但安全性较差，放电电压平台较磷酸铁锂高。
2，第二层用活性材料磷酸铁锂，其安全性较好，可以满足电池的安全性要求。
现有极片只有单一涂层，其性能是单一的，所组装的电池不能满足电池的多性能要求，限制了电池的使用范围。由于本发明是由多层组成的，其性能可以按照要求进行组合，具有综合性能优点，在本实施例中第一层钴酸锂放电电压平台高。在第二层活性材料磷酸铁锂，大大地提高电池的容量及安全性。第一层用聚胺脂胶粘剂提高了极片的剥离强度，由此极片所组装的同样体积及重量的电池既可以安全又具有较大的容量，同时又具有较高的放电平台。而按照现有结构的极片所组装的电池或者只有高的放电平台或者只有好的安全性能，不能同时具有二种性能。
Claims (10)
1.一种二次锂离子电池用的具有综合性能的正极片，包括基材铝箔，在基材铝箔的表面涂覆第一涂层；其特征在于，所述的第一涂层包括正极片活性材料、胶粘剂和添加剂，其混合比例为活性材料∶胶粘剂∶添加剂＝(75-94)∶(10-3)∶(5-3)重量份，其第一涂层的厚度为0.1-300um。
2.按权利要求1所述的二次锂离子电池用的具有综合性能的正极片，其特征在于，还包括在第一涂层上再涂覆由极片活性材料、胶粘剂、添加剂混合的第二涂层，所述的第二涂层包括正极片活性材料、胶粘剂、添加剂混合材料，其中混合比例为正极片活性材料∶胶粘剂∶添加剂＝(70-94)∶(10-2)∶(20-4)重量份。
3.按权利要求1所述的二次锂离子电池用的具有综合性能的正极片，其特征在于，还包括在第一涂层上再涂覆第N层，其中1≤N≤100，每一涂层的厚度为0.1um-300um，其总厚度为O.1-1000um。
4.按权利要求1所述的二次锂离子电池用的具有综合性能的正极片，其特征在于，所述的正极片活性材料层包括：锰酸锂、磷酸铁锂、钴酸锂或钒酸锂。5.按权利要求1所述的二次锂离子电池用的具有综合性能的正极片，其特征在于，所述的正极片胶粘剂包括：聚偏氟乙烯、改性SBR、聚胺脂、羟甲基纤维素钠或聚丙烯腈。
6.按权利要求1所述的二次锂离子电池用的具有综合性能的正极片，其特征在于，所述的添加剂包括：碳黑、活性碳、碳纤维、石墨纤维、纳米碳纤维、Li2CO3、羟乙基纤维素、三氧化二铝、LiOH、活性碳纤维或碳硅晶须、含碳量≥99％的粒径≤3um的石墨微粉、碳硼晶须。
7.一种二次锂离子电池用的具有综合性能的负极片，包括基材铜箔，在基材铜箔的表面涂覆第一涂层；其特征在于，所述的第一涂层包括负极片活性材料、胶粘剂和添加剂的混合材料，其混合比例为负极片活性材料∶胶粘剂∶添加剂＝(70-94)∶(10-2)∶(20-4)重量份，其厚度为0.1-250um。
8.按权利要求6所述的二次锂离子电池用的具有综合性能的负极片，其特征在于，在第一涂层上再涂覆由负极片活性材料、胶粘剂和添加剂混合的第二涂层，其第二涂层的混合比例为负极片活性材料∶胶粘剂∶添加剂＝(70-94)∶(10-2)∶(20-3)重量份，其第二涂层的厚度为0.1-200um；以此类推至第N层，其中1≤N≤100，所述的每一涂层的厚度为0.1um-300um，其总厚度为0.1-1000um。
9.按权利要求6所述的二次锂离子电池用的具有综合性能的负极片，其特征在于，所述的负极片活性材料层包括：石墨、活性碳、活性碳纤维、表面改性的石墨、锡氧化物或中间相碳微球。
10.按权利要求1或6所述的二次锂离子电池用的具有综合性能的负极片，其特征在于，所述的胶粘剂包括：PVDF、改性SBR、聚胺酯、羟甲基纤维素钠或聚丙烯腈。
11.按权利要求6所述的二次锂离子电池用的具有综合性能的负极片，其特征在于，所述的添加剂包括：碳黑、活性碳、碳纤维、石墨纤维、纳米碳纤维、碳酸锂、羟乙基纤维素、三氧化二铝、氢氧化锂、活性碳纤维或碳硅晶须、碳硼晶须、含碳量99％的粒径≤3um的石墨微粉。
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