RU2383086C1 - Method for manufacturing of lithium-ion accumulator electrodes - Google Patents
Method for manufacturing of lithium-ion accumulator electrodes Download PDFInfo
- Publication number
- RU2383086C1 RU2383086C1 RU2009104526/09A RU2009104526A RU2383086C1 RU 2383086 C1 RU2383086 C1 RU 2383086C1 RU 2009104526/09 A RU2009104526/09 A RU 2009104526/09A RU 2009104526 A RU2009104526 A RU 2009104526A RU 2383086 C1 RU2383086 C1 RU 2383086C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- active mass
- manufacturing
- gelatin
- solution
- lithium
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области химических источников тока, а именно к изготовлению электродов литий-ионного аккумулятора.The invention relates to the field of chemical current sources, in particular to the manufacture of electrodes of a lithium-ion battery.
Известен способ изготовления электродов [Р.Дж.Брод, К.Тагава. Основы производства литий-ионных аккумуляторов. Электрохимическая энергетика. 2004. Т.4. №4], заключающийся в приготовлении смеси, состоящей из электрохимически активного материала, связующего вещества и растворителя, нанесении ее на токоотвод с последующей сушкой. В качестве связующего вещества используется поливинилиденфторид, растворенный в N-метилпирролидоне.A known method of manufacturing electrodes [R.J. Brod, K. Tagawa. Fundamentals of the production of lithium-ion batteries. Electrochemical power. 2004.V.4. No. 4], which consists in preparing a mixture consisting of an electrochemically active material, a binder, and a solvent, applying it to a down conductor, followed by drying. Polyvinylidene fluoride dissolved in N-methylpyrrolidone is used as a binder.
Недостатком этого способа является введение сравнительно большого количества балластного вещества поливинилиденфторида ~10%, что снижает емкость электродов. Также недостатком этого способа является взаимодействие поливинилиденфторида с заряженным анодом с образованием LiF, что приводит к росту импеданса отрицательного электрода.The disadvantage of this method is the introduction of a relatively large amount of ballast substance polyvinylidene fluoride ~ 10%, which reduces the capacity of the electrodes. Another disadvantage of this method is the interaction of polyvinylidene fluoride with a charged anode to form LiF, which leads to an increase in the impedance of the negative electrode.
Общим признаком аналога с заявляемым способом является приготовление смеси, содержащей электрохимически активный материал, и нанесение слоев активной массы на обе стороны токоотвода с использованием клеящего раствора для создания контакта между активной массой и токоотводом электрода.A common feature of the analogue with the claimed method is the preparation of a mixture containing electrochemically active material, and the application of layers of the active mass on both sides of the collector using an adhesive solution to create contact between the active mass and the collector of the electrode.
Известен способ изготовления анодов (патент США №6432576, опубл. 2002 г.), заключающийся в приготовлении смеси, состоящей из электрохимически активного материала, связующего вещества и растворителя, нанесении ее на токоотвод с последующей сушкой. В качестве клеящего раствора используется водный раствор стирен-бутадиенового латекса, загущенный карбоксиметилцеллюлозой.A known method of manufacturing anodes (US patent No. 6432576, publ. 2002), which consists in preparing a mixture consisting of an electrochemically active material, a binder and a solvent, applying it to the collector, followed by drying. As an adhesive solution, an aqueous solution of styrene-butadiene latex, thickened with carboxymethyl cellulose, is used.
Недостатком этого способа является большая доля непокрытой поверхности графита (анодного активного материала), так как карбоксиметилцеллюлоза образует нитеподобный узор на поверхности, что приводит к образованию некачественной пленки межфазного твердого электролита (solid electrolyte interface), и, как следствие, возрастают потери первого цикла и снижается ресурс аккумулятора.The disadvantage of this method is the large proportion of the uncovered surface of graphite (anode active material), since carboxymethyl cellulose forms a thread-like pattern on the surface, which leads to the formation of a poor-quality film of solid phase electrolyte (solid electrolyte interface), and, as a result, the losses of the first cycle increase and decreases battery life.
Недостатком способа является также сравнительно малая адгезия активной массы к поверхности электродных токоотводов из-за уровня смачиваемости клеящего раствора на водной основе.The disadvantage of this method is the relatively low adhesion of the active mass to the surface of the electrode down conductors due to the level of wettability of the adhesive based on water.
Общим признаком аналога с заявляемым способом является приготовление смеси, содержащей электрохимически активный материал, и нанесение слоев активной массы на обе стороны токоотвода с использованием клеящего раствора для создания контакта между активной массой и токоотводом электрода.A common feature of the analogue with the claimed method is the preparation of a mixture containing electrochemically active material, and the application of layers of the active mass on both sides of the collector using an adhesive solution to create contact between the active mass and the collector of the electrode.
Известен способ изготовления электродов [(S.Pejovnik and other. “Electrochemical binding and wiring in battery materials”. Journal of Power Sources, 184 (2008) стр.593-597)] (выбранный за прототип), заключающийся в приготовлении смеси, состоящей из электрохимически активного материала, связующего вещества и растворителя, и нанесении ее на токоотвод с последующей сушкой. В качестве клеящего раствора используется водный раствор желатина. Желатин, в отличие от карбоксиметилцеллюлозы, образует гомогенную непрерывную пленку на поверхности частиц активного материала.A known method of manufacturing electrodes [(S. Pejovnik and other. “Electrochemical binding and wiring in battery materials.” Journal of Power Sources, 184 (2008) p. 593-597)] (selected as a prototype), which consists in preparing a mixture consisting from an electrochemically active material, a binder and a solvent, and applying it to a down conductor, followed by drying. An adhesive solution is an aqueous gelatin solution. Gelatin, unlike carboxymethyl cellulose, forms a homogeneous continuous film on the surface of the particles of the active material.
Недостатком этого способа является сравнительно малая адгезия активной массы к поверхности электродных токоотводов (как медного - на аноде, так и алюминиевого - на катоде) из-за недостаточного уровня смачиваемости клеящего раствора на водной основе.The disadvantage of this method is the relatively low adhesion of the active mass to the surface of the electrode down conductors (both copper on the anode and aluminum on the cathode) due to the insufficient wettability of the adhesive based on water.
Общим признаком прототипа с заявляемым способом является приготовление смеси, содержащей электрохимически активный материал, и нанесение слоев активной массы на обе стороны токоотвода с использованием клеящего раствора для создания контакта между активной массой и токоотводом электрода - водного раствора желатина.A common feature of the prototype with the claimed method is the preparation of a mixture containing electrochemically active material, and the application of layers of the active mass on both sides of the collector using an adhesive solution to create contact between the active mass and the collector of the electrode - an aqueous gelatin solution.
Техническим результатом заявляемого способа является изготовление электродов, имеющих улучшенный контакт между активной массой и токоотводом.The technical result of the proposed method is the manufacture of electrodes having improved contact between the active mass and the collector.
Этот результат достигается тем, что в известном способе изготовления электрода, заключающемся в изготовлении активной массы, получении слоев активной массы, соединение их с токоотводом при помощи наклеивания, проведении последующей сушки при соединении слоев активной массы с токоотводом, используют водный раствор желатина, содержащего N-метилпирролидон в диапазоне концентраций 70-80 вес.% от общего количества жидкой составляющей раствора (N-метилпирролидон и вода).This result is achieved by the fact that in the known method of manufacturing the electrode, which consists in manufacturing an active mass, obtaining active mass layers, connecting them to a down conductor by gluing, conducting subsequent drying when connecting the active mass layers to a down conductor, use an aqueous solution of gelatin containing N- methylpyrrolidone in the concentration range of 70-80 wt.% of the total amount of the liquid component of the solution (N-methylpyrrolidone and water).
При концентрации N-метилпирролидона менее 70% ухудшается смачиваемость токоотводов (Фиг.1), а при концентрации N-метилпирролидона более 80% коагулирует (выпадает в осадок) желатин. Смачиваемость определяется следующим образом. На поверхность токоотвода, расположенного под постоянным углом к горизонтальной поверхности, наносится капля водного раствораWhen the concentration of N-methylpyrrolidone is less than 70%, the wettability of the down conductors deteriorates (Figure 1), and when the concentration of N-methylpyrrolidone is more than 80%, gelatin coagulates (precipitates). Wettability is determined as follows. A drop of an aqueous solution is applied to the surface of a collector located at a constant angle to a horizontal surface
N-метилпирролидона различной концентрации. Капли имеют одинаковый объем. Измеряется площадь следа капли в тот момент, когда «хвост» капли начинает движение. Смачиваемость вычисляется по формуле: С=100-(b/l)×100, где b, l - ширина и длина капли, соответственно. Сравнение качества контакта для анодов, изготовленных с применением N-метилпирролидона и без него, представлены на Фиг.2. Контроль качества производили перегибом электрода на 360°С и обратно.N-methylpyrrolidone of various concentrations. Drops have the same volume. The area of the drop’s trail is measured at the moment when the “tail” of the drop begins to move. Wettability is calculated by the formula: C = 100- (b / l) × 100, where b, l are the width and length of the droplet, respectively. A comparison of the contact quality for anodes made with and without N-methylpyrrolidone is shown in FIG. 2. Quality control was performed by bending the electrode 360 ° С and vice versa.
Изготовление ведется в следующей последовательности. Приготавливается водный раствор желатина требуемой концентрации добавкой в деионизованную воду при температуре 60-70°С навески желатина. Затем при перемешивании полностью растворяют желатин, раствор при температуре 2-5°С выдерживается в течение суток. После чего добавляется необходимое количество N-метилпирролидона.Production is carried out in the following sequence. An aqueous solution of gelatin of the required concentration is prepared by adding a portion of gelatin to a deionized water at a temperature of 60-70 ° C. Then, with stirring, the gelatin is completely dissolved, the solution at a temperature of 2-5 ° C is maintained for a day. Then the required amount of N-methylpyrrolidone is added.
В смеситель загружается электрохимически активный материал с добавкой клеящего вещества и растворителя, после приготовления однородной пасты растворитель сушкой удаляется, а шихта пропускается через сито. Далее, прокаткой получают листы, содержащие активную массу, и производят их наклейку на токоотвод приготовленным водным раствором.The electrochemically active material with the addition of an adhesive and a solvent is loaded into the mixer, after preparing a homogeneous paste, the solvent is removed by drying and the charge is passed through a sieve. Next, by rolling, sheets containing the active mass are obtained, and they are labeled on the collector with a prepared aqueous solution.
Отличительные признаки предлагаемого способа изготовления электродов литий-ионного аккумулятора от прототипа, обуславливающие его соответствие критерию «новизна», следующие: при соединении наклеиванием слоев активной массы с токоотводом используется клей в виде водного раствора желатина, содержащего N-метилпирролидон в диапазоне концентраций 70-80% от общего количества жидких компонентов. При проведении поиска в литературных источниках не обнаружен способ, содержащий вышеперечисленные отличительные признаки, дающий в совокупности с известными признаками вышеупомянутый технический результат. Поэтому, по мнению авторов, предлагаемый способ изготовления электродов литий-ионного аккумулятора соответствует критерию «изобретательский уровень».Distinctive features of the proposed method for the manufacture of electrodes of a lithium-ion battery from the prototype, which determine its compliance with the “novelty” criterion, are as follows: when gluing the active mass layers by gluing, the adhesive is used in the form of an aqueous gelatin solution containing N-methylpyrrolidone in the concentration range of 70-80% of the total amount of liquid components. When conducting a search in the literature did not find a method containing the above distinctive features, giving in combination with the known features of the above technical result. Therefore, according to the authors, the proposed method for the manufacture of electrodes of a lithium-ion battery meets the criterion of "inventive step".
Примеры реализации заявляемого способаExamples of the implementation of the proposed method
1. Анод1. Anode
96% графита перемешивается с 4% водным раствором желатина в миксере в течение 2 часов с дальнейшим удалением воды вакуумной сушкой при 70-90°С при непрерывном перемешивании. Высушенную пасту протирают через сита с уменьшающимся размером ячеек для получения шихты. Размер ячеек последнего сита 100 мкм. Далее прокаткой получают листы активной массы.96% of graphite is mixed with a 4% aqueous solution of gelatin in a mixer for 2 hours with further removal of water by vacuum drying at 70-90 ° C with continuous stirring. The dried paste is wiped through a sieve with a decreasing mesh size to obtain a mixture. The mesh size of the last sieve is 100 microns. Next, sheets of active mass are obtained by rolling.
Медная лента обезжиривается ацетоном, затем термообрабатывается при температуре 450°С в течение часа в среде водорода. Готовится 27 вес.% водный раствор желатина добавлением навески желатина в деионизованную воду при температуре 50-60°С с последующим перемешиванием до полного его растворения; раствор при температуре 2-5°С выдерживают в течение суток. После чего добавляют 63 вес.% N-метилпирролидона от общей массы раствора, перемешивая до полного его растворения. Наносят слой раствора на обе стороны медной ленты и накаткой приклеивают прокат на обе стороны токоотвода. Далее производят сушку при температуре 120-130°С.The copper tape is degreased with acetone, then heat treated at a temperature of 450 ° C for an hour in a hydrogen environment. A 27 wt.% Aqueous solution of gelatin is prepared by adding a portion of gelatin to deionized water at a temperature of 50-60 ° C, followed by stirring until it is completely dissolved; the solution at a temperature of 2-5 ° C is kept for a day. Then add 63 wt.% N-methylpyrrolidone of the total weight of the solution, stirring until it is completely dissolved. A layer of the solution is applied on both sides of the copper tape and the rolled metal is glued by rolling on both sides of the collector. Then produce drying at a temperature of 120-130 ° C.
2. Катод2. The cathode
91% LiCoO2 смешивают с 4% графита KS-6, 2% сажи Super Р и 3% поливинилиденфторида с добавкой N-метилпирролидона. Далее удаляют растворитель вакуумной сушкой при 60-75°С при непрерывном перемешивании. Высушенную пасту протирают через сита с уменьшающимся размером ячеек для получения шихты. Размер ячеек последнего сита 100 мкм. Далее прокаткой получают листы активной массы.91% LiCoO 2 is mixed with 4% graphite KS-6, 2% carbon black Super P and 3% polyvinylidene fluoride with the addition of N-methylpyrrolidone. Next, the solvent is removed by vacuum drying at 60-75 ° C with continuous stirring. The dried paste is wiped through a sieve with a decreasing mesh size to obtain a mixture. The mesh size of the last sieve is 100 microns. Next, sheets of active mass are obtained by rolling.
Алюминиевая лента обезжиривается ацетоном, затем термообрабатывается при температуре 270°С в течение часа в среде водорода. Готовится 27 вес.% водный раствор желатина добавлением навески желатина в деионизованную воду при температуре 50-60°С с последующим перемешиванием до полного его растворения; раствор при температуре 2-5°С выдерживают в течение суток. После чего добавляют 63 вес.% N-метилпирролидона от общей массы раствора, перемешивая до полного его растворения.The aluminum strip is degreased with acetone, then heat treated at a temperature of 270 ° C for an hour in a hydrogen environment. A 27 wt.% Aqueous solution of gelatin is prepared by adding a portion of gelatin to deionized water at a temperature of 50-60 ° C, followed by stirring until it is completely dissolved; the solution at a temperature of 2-5 ° C is kept for a day. Then add 63 wt.% N-methylpyrrolidone of the total weight of the solution, stirring until it is completely dissolved.
Наносят слой раствора на обе стороны алюминиевой ленты и накаткой приклеивают прокат на обе стороны токоотвода. Далее производят сушку при температуре 120-130°С.A layer of the solution is applied on both sides of the aluminum tape and the rolled metal is glued by rolling on both sides of the collector. Then produce drying at a temperature of 120-130 ° C.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009104526/09A RU2383086C1 (en) | 2009-02-10 | 2009-02-10 | Method for manufacturing of lithium-ion accumulator electrodes |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009104526/09A RU2383086C1 (en) | 2009-02-10 | 2009-02-10 | Method for manufacturing of lithium-ion accumulator electrodes |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2383086C1 true RU2383086C1 (en) | 2010-02-27 |
Family
ID=42127967
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009104526/09A RU2383086C1 (en) | 2009-02-10 | 2009-02-10 | Method for manufacturing of lithium-ion accumulator electrodes |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2383086C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2547819C1 (en) * | 2014-04-03 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный технологический университет" (СибГТУ) | Method for manufacturing of lithium-ion accumulator electrodes |
RU2658321C1 (en) * | 2014-12-26 | 2018-06-20 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Accumulator battery with non-aqueous electrolyte, battery unit and method for manufacturing thereof |
-
2009
- 2009-02-10 RU RU2009104526/09A patent/RU2383086C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
S.Pejovnik and other. "Electrochemical binding and wiring in battery materials". Journal of Power Sources, 184 (2008), стр.593-597. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2547819C1 (en) * | 2014-04-03 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный технологический университет" (СибГТУ) | Method for manufacturing of lithium-ion accumulator electrodes |
RU2658321C1 (en) * | 2014-12-26 | 2018-06-20 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Accumulator battery with non-aqueous electrolyte, battery unit and method for manufacturing thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11283078B2 (en) | Aqueous slurry for battery electrodes | |
CN104810504B (en) | A kind of Flexible graphene collector and active material integrated electrode pole piece and preparation method thereof | |
CN102694200B (en) | Silicon-based negative lithium-ion battery and manufacturing method thereof | |
CN103855431B (en) | A kind of chemical synthesizing method improving cycle performance of lithium ion battery | |
CN106252659A (en) | Integrated flexible thin film lithium sulfur or lithium ion battery cell, battery and preparation method | |
CN106159197A (en) | A kind of integrated flexible membrane electrode and preparation method thereof | |
JP4037452B2 (en) | Electrolyte cell and electrolysis method | |
CN106450102A (en) | Modified graphite separator for lithium-sulfur battery, preparation method of modified graphite separator and lithium-sulfur battery | |
JP2010176996A5 (en) | ||
CN107093716B (en) | A kind of ion liquid modified high-performance vanadium phosphate sodium/carbon composite anode material preparation method | |
CN109830686A (en) | Hot properties and the excellent secondary cell of low-temperature characteristics | |
CN105914376A (en) | Reinforced type composite binder for negative electrode of lithium ion battery and application of reinforced type composite binder | |
KR20160052658A (en) | Additives for improving the ionic conductivity of lithium-ion battery electrodes | |
JP2014096238A (en) | Process of manufacturing positive electrode for power storage device and positive electrode | |
CN108232292A (en) | A kind of electrolyte for lithium ion battery | |
CN112018392B (en) | Preparation method of lithium ion battery cathode using PEO-based polymer electrolyte as binder | |
CN107204421A (en) | Negative plate and lithium ion battery | |
CN112687971A (en) | Self-repairing functional interface layer of solid-state battery and construction method | |
JP5870610B2 (en) | Non-aqueous electrolyte iodine battery | |
RU2383086C1 (en) | Method for manufacturing of lithium-ion accumulator electrodes | |
CN109599550A (en) | A kind of manufacture craft of all-solid lithium-ion battery | |
RU128014U1 (en) | LITHIUM ION BATTERY | |
CN109119687A (en) | electrolyte and electrochemical energy storage device | |
JP2002298925A (en) | Aging method for lithium secondary battery, and manufacturing method for lithium secondary battery including the same | |
CN114976247A (en) | Electrolyte and battery containing same |