RU2547819C1 - Способ изготовления электродов литий-ионного аккумулятора - Google Patents
Способ изготовления электродов литий-ионного аккумулятора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2547819C1 RU2547819C1 RU2014113014/07A RU2014113014A RU2547819C1 RU 2547819 C1 RU2547819 C1 RU 2547819C1 RU 2014113014/07 A RU2014113014/07 A RU 2014113014/07A RU 2014113014 A RU2014113014 A RU 2014113014A RU 2547819 C1 RU2547819 C1 RU 2547819C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gel
- polymer electrolyte
- electrodes
- polyacrylate
- lithium
- Prior art date
Links
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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при изготовлении литий-ионного и литий-полимерного аккумулятора. Техническим результатом изобретения является повышение удельной разрядной емкости, уменьшение экологического риска и снижение взрывобезопасности. Согласно изобретению для изготовления активной массы электродов в качестве связующего используют гель-полимерный электролит на основе бутадиен-нитрильного каучука и его сополимеров, или полиакрилата, или сополимера стирола и акрилата. Смешение компонентов проводят одновременно с ультразвуковым диспергированием. При следующих соотношениях компонентов смеси, % (масс. сух. в-ва): активный материал 76-96; ацетиленовый технический углерод 0,1-12, гель-полимерный электролит на основе бутадиен-нитрильного каучука и его сополимеров, или полиакрилата, или стирол-акрилата 4-12, а сушку электродов ведут до остаточной влажности 0,001%. В качестве электропроводной добавки и связующего используют гель-полимерные или твердо-полимерные электролиты переменного состава. В качестве пластификатора гель-полимерного электролита используют: пропиленкарбонат, диметилкарабонат, диэтилкарбонат и их смеси с этиленкарбонатом, в качестве ионогенной соли лития: LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiAsF6, в качестве материала отрицательного электрода: природные или синтетические графиты, в качестве материала отрицательного электрода: LiFePO4, LiCoO2, LiNiO2. 2 табл., 5 пр.
Description
Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при изготовлении литий-ионного аккумулятора (ЛИА).
Литий ионный аккумулятор по своим удельным электрохимическим характеристикам превосходит все известные типы аккумуляторов. При этом они обладают рядом недостатков, таких как повышенная необратимая емкость в первом цикле заряда и высокая стоимость.
Известен способ изготовления электродов с использованием фторопластов PVDF и PTFE при получении литий-ионного аккумулятора, когда в качестве материала связующего компонента используют поливинилиден фторид PVDF и политетрафторэтилен PTFE, а в качестве растворителя связующего используют в основном N-метилпирролидон [1].
Недостатком способа изготовления электродов с использованием фторопластов PVDF и PTFE является необходимость использования в качестве растворителя N-метилпирролидона. Данный растворитель относится к 1 классу опасности, что создает угрозу экологии и здоровью людей. При этом температура кипения данного растворителя составляет 248°С, что требует повышенной температуры и времени сушки, повышая тем самым себестоимость изготовления электродов и аккумулятора в целом. При этом фторопласт относится к диэлектрикам, тем самым снижает электропроводность электродов, что приводит к снижению мощностных и емкостных характеристик литий-ионного аккумулятора.
Известен способ изготовления электродов для ЛИА с использованием в качестве связующего водного раствора полиакрилата [2, 3], водных растворов бутадиен стирольного латекса (латекс SBR), латекса каучука нитрилового бутадиена (латекс NBR) и латекса каучука бутадиена метакрилата (латекс MBR) [4]. Применение данных материалов позволило повысить плотность активной массы электродов, производительность, плотность энергии, циклируемость.
Известен способ изготовления электродов электрического аккумулятора, описанный в патенте РФ [5], сущность которого заключается в смешении 100 мас.ч. активного материала с 2,4-24 мас.ч. водной дисперсии сополимера бутадиена и метилметакрилата и 10-40 мас.ч. воды, с последующим нанесением полученной смеси на токоотвод и сушкой.
К недостаткам известных способов можно отнести наличие излишних операций по введению в активную массу электродов дополнительного количества воды, сушке активной массы перед нанесением на коллектор тока, необходимость приготовления водной дисперсии сополимера бутадиена и метилметакрилата. Низкая степень осушки электродов, остаточная влажность 1,0-2,5%, не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к активным массам электродов ЛИА.
Наиболее близким к заявляемому является способ изготовления электродов [6], который заключается в следующем: электроды изготавливаются путем смешивания активного материала со связующим в виде водной дисперсии полиакрилата или стирол-акрилата, нанесения смеси на токоотвод и сушки, при этом сушка ведется до остаточной влажности 0,003%. Соотношение компонентов активной массы электрода составляет, % (масс. сух. в-ва):
безводная ионогенная неорганическая соль лития | 15-30 |
безводный органический растворитель | 30-40 |
сополимер винилацетат/акрилат | 30-55 |
Недостатком известного способа также является наличие излишних операций по введению в активную массу электродов дополнительного количества воды, сушке активной массы перед нанесением на коллектор тока, необходимость приготовления водной дисперсии полимеров.
Изобретение решает задачу повышения использования новых материалов для производства электродов литий-ионного аккумулятора, разработки нового способа приготовления электродов, который по сравнению с другими способами обеспечивает повышение мощностных и емкостных характеристик литий-ионного аккумулятора, упрощение технологического процесса, снижение себестоимости производства.
Техническим результатом, полученным при осуществлении изобретения, является повышение мощностных и емкостных характеристик литий-ионного аккумулятора, упрощение технологического процесса, уменьшение экологического риска, взрывобезопасности.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе изготовления электрода литий-ионного аккумулятора, включающем смешивание активного материала и электропроводной добавки со связующим, а в качестве связующего используют гель-полимерный электролит на основе бутадиен-нитрильного каучука и его сополимеров, или полиакрилата, или сополимера стирола и акрилата, при следующих соотношениях компонентов, % (масс. сух. в-ва).
Активный материал | 76-96 |
Ацетиленовый технический углерод | 0,1-12 |
Гель-полимерный электролит на | |
основе бутадиен-нитрильного каучука | |
и его сополимеров, или полиакрилата, или | |
сополимера стирола и акрилата | 4-12, |
а сушку электродов ведут при температуре 60-80°С в течение 24 часов до остаточной влажности 0,001%.
Предложенный способ обеспечивает расширение технологических возможностей в части использования различных методов нанесения активной массы на токоотвод и обеспечивает получение повышенной гибкости электрода (без разрушения основы) за счет использования в качестве связующего и электропроводной добавки - пластичного гель-полимерного электролита с соответствующим соотношением компонентов и сушки электродов до определенной остаточной влажности.
За счет использования в качестве полимерной основы гель-полимерного электролита серийно выпускаемых водных дисперсий полиакрилата (R280, А1100, А2001) и стирол-акрилата (А10), а также растворов бутадиен-нитрильного каучука (БНКС-28АМН, СКН-40) в метилэтилкетоне, в качестве пластификатора - органического растворителя (пропиленкарбонат, этиленкарбонат, диметилкарбонат, диметооксиэтан и др.) или их смеси идет снижение себестоимости электролита.
Согласно изобретению для изготовления активной массы электродов в качестве связующего компонента используется гель-полимерный электролит (раствор ионогенной соли лития в пропиленкарбонате (этиленкарбонате, диметилкарбонате, диметооксиэтане и др.) с добавлением акрилатного латекса либо бутадиен-нитрильного каучука.
Способ осуществляется следующим образом.
Для изготовления активной массы электродов берется 100 мас.ч. активного материала 0-5 мас.ч. ацетиленового технического углерода, перемешивается (n 500-800 об/мин), добавляется 4-20 мас.ч. гель-полимерного электролита. В качестве полимерной основы гель-полимерного электролита используют промышленно выпускаемые водные дисперсии полиакрилата (R280, А1100, А2001) и стирол-акрилата (А 10), а также раствор бутадиен-нитрильного каучука (БНКС-28АМН, СКН-40) в метилэтилкетоне. В качестве пластификатора используют пропиленкарбонат (этиленкарбонат, диметилкарбонат, диметооксиэтан и др.). Гель-полимерный электролит берут из расчета 4-10% (масс.), основного активного материала - 90-96% по сухому веществу. После введения гель-полимерного электролита масса перемешивается (n 500-800 об/мин) и обрабатывается на ультразвуковом диспергаторе УЗДН-А в режиме синхронизация 6 и интенсивность 6. Полученную массу наносят на токоотвод, производят сушку при температуре 80°С в течение 0,5 ч, прокатку и прессование. Затем сушат при температуре 60-80°С и давлении 0,02 МПа до остаточной влажности 0,001%.
Полученные электроды обладают высокой прочностью и гибкостью, активная масса электродов не разрушается при многократном изгибе на 180 градусов. Полидисперсность используемых латексов приводит к образованию пространственно-скелетной гидрофильной структуры, обладающей высокой прочностью и проводимостью. Испытания показали, что электроды ЛИА, полученные данным способом, не разрушаются при многократном циклировании в гальваностатическом режиме с плотностью тока до 20С, увеличивается обратимая емкость на 5-10%, снижается на 20-30% необратимая емкость.
Пример 1. Берут 90 г порошка графита для спектрального анализа добавляют 40 см3 20-% раствора гель-полимерного электролита на основе бутадиен-нитрильного каучука в метилэтилкетоне, что обеспечивает 10%-ное содержание обезвоженного гель-полимерного электролита в активной массе. Производят перемешивание в течение 10 мин. Полученную смесь обрабатывают на ультразвуковом диспергаторе УЗДН-А в режиме синхронизация 6 и интенсивность 6 в течение 10 мин. Полученную массу наносят на медную фольгу толщиной 0,05, производят сушку при температуре 80°С в течение 0,5 ч, прокатку на вальцах и прессование. Толщина наносимого слоя составляет 50-200 мкм, что контролируется толщиномером. Полученную электродную ленту разрезают на электроды нужного типоразмера, приваривают токоотвод. Затем сушат при температуре 80°С и давлении 0,02 МПа в течение 6 ч до остаточной влажности 0,001% и используют для сборки аккумуляторов.
Пример 2. В условиях примера 1 вводят 20 см3 20-% раствора гель-полимерного электролита в метилэтилкетоне, что обеспечивает 5%-ное содержание обезвоженного гель-полимерного электролита в активной массе.
Пример 3. В условиях примера 1 вводят 45 см3 20-% раствора гель-полимерного электролита на основе полиакрилата (латекс А1100) в метилэтилкетоне, что обеспечивает 10%-ное содержание обезвоженного гель-полимерного электролита в активной массе.
Пример 4. В условиях примера 1 вводят 22,5 см3 20-% раствора гель-полимерного электролита на основе полиакрилата (латекс А1100) в метилэтилкетоне, что обеспечивает 5%-ное содержание обезвоженного гель-полимернго электролита в активной массе.
Пример 5. В условиях примеров 1-4 вместо графита для спектрального анализа использовали кобальтат лития.
Были также изготовлены активные массы для положительных и отрицательных электродов для литий-ионных аккумуляторов (примеры 6-73).
Для положительных электродов применялась масса, состоящая из кобальтата лития и железо-фосфата лития, для отрицательного - графит для спектрального анализа, природный графит Курейского месторождения, синтетические графиты CZ-50 и SLC-200 (применяется в серийном производстве) и предлагаемые латексы, процентное содержание которых варьировалось от 5 до 10% по сухому веществу.
В таблице 1 приведены показатели литиевых аккумуляторов типоразмера R6 (316, АА) рулонной конструкции в зависимости от состава электродов. Противоэлектрод - литиевый. I=С/7. Т=298 К. 20 цикл.
В таблице 2 приведены показатели литий-ионных аккумуляторов типоразмера R6 (316, АА) рулонной конструкции в зависимости от состава электродов. I=С/7. Т=298 К. 20 цикл. Связующее - гель-полимерный электролит, электропроводная добавка - ацетиленовый технический углерод (АТУ)
Предлагаемый способ позволяет изготавливать электроды для литий-ионного аккумулятора с воспроизводимыми высокими удельными электрохимическими характеристиками, применим также для изготовления электродов для других первичных и вторичных ХИТ.
Claims (1)
- Способ изготовления электродов литий-ионного аккумулятора, включающий смешивание активного материала со связующим, нанесение смеси на токовод и сушку, отличающийся тем, что в качестве связующего используют гель-полимерный электролит на основе бутадиен-нитрильного каучука и его сополимеров, или полиакрилата, или сополимера стирола и акрилата, при следующих соотношениях компонентов, % (масс. сух. в-ва)
активный материал 76-96 ацетиленовый технический углерод 0,1-12 гель-полимерный электролит на основе бутадиен-нитрильного каучука и его сополимеров, или полиакрилата, или сополимера стирола и акрилата 4-12,
а сушку электродов ведут до остаточной влажности 0,001%.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014113014/07A RU2547819C1 (ru) | 2014-04-03 | 2014-04-03 | Способ изготовления электродов литий-ионного аккумулятора |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014113014/07A RU2547819C1 (ru) | 2014-04-03 | 2014-04-03 | Способ изготовления электродов литий-ионного аккумулятора |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2547819C1 true RU2547819C1 (ru) | 2015-04-10 |
Family
ID=53296488
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014113014/07A RU2547819C1 (ru) | 2014-04-03 | 2014-04-03 | Способ изготовления электродов литий-ионного аккумулятора |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2547819C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU171960U1 (ru) * | 2016-12-28 | 2017-06-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики Российской академии наук (ИПХФ РАН) | Положительный электрод литий-ионного аккумулятора с твердополимерным электролитом в качестве сепаратора |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002256127A (ja) * | 2001-03-05 | 2002-09-11 | Three Bond Co Ltd | リチウムイオン電池用シール材組成物 |
RU2383086C1 (ru) * | 2009-02-10 | 2010-02-27 | Открытое акционерное общество "Сатурн" | Способ изготовления электродов литий-ионного аккумулятора |
RU2390078C1 (ru) * | 2008-12-15 | 2010-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный технологический университет" | Способ изготовления электродов литий-ионного аккумулятора |
RU2457587C1 (ru) * | 2011-01-11 | 2012-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный технологический университет" (СибГТУ) | Гель-полимерный электролит для литий-ионного аккумулятора |
-
2014
- 2014-04-03 RU RU2014113014/07A patent/RU2547819C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002256127A (ja) * | 2001-03-05 | 2002-09-11 | Three Bond Co Ltd | リチウムイオン電池用シール材組成物 |
RU2390078C1 (ru) * | 2008-12-15 | 2010-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный технологический университет" | Способ изготовления электродов литий-ионного аккумулятора |
RU2383086C1 (ru) * | 2009-02-10 | 2010-02-27 | Открытое акционерное общество "Сатурн" | Способ изготовления электродов литий-ионного аккумулятора |
RU2457587C1 (ru) * | 2011-01-11 | 2012-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный технологический университет" (СибГТУ) | Гель-полимерный электролит для литий-ионного аккумулятора |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU171960U1 (ru) * | 2016-12-28 | 2017-06-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики Российской академии наук (ИПХФ РАН) | Положительный электрод литий-ионного аккумулятора с твердополимерным электролитом в качестве сепаратора |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI627789B (zh) | 非水系電池電極用黏合劑用共聚物、非水系電池電極用漿料、非水系電池電極、及非水系電池 | |
Chai et al. | Chitosan, a new and environmental benign electrode binder for use with graphite anode in lithium-ion batteries | |
KR102407049B1 (ko) | 이차 전지용 바인더, 이를 포함하는 이차 전지용 세퍼레이터 및 이를 포함하는 이차 전지 | |
KR101772754B1 (ko) | 리튬 이온 전지용 정극 활물질층의 제조 방법 및 리튬 이온 전지용 정극 활물질층 | |
EP3493303A1 (en) | Negative electrode material and preparation method thereof, negative electrode, and all-solid-state lithium ion battery | |
CN105742638B (zh) | 用于可再充电锂离子电池的粘合剂、用于可再充电锂离子电池的隔板和可再充电锂离子电池 | |
CN109074961A (zh) | 用于储能装置的电极以及用于制造干储能装置电极膜的方法 | |
CN105659417A (zh) | 负极活性材料和包含其的锂二次电池 | |
CN103855431A (zh) | 一种提高锂离子电池循环性能的化成方法 | |
JP5530851B2 (ja) | リチウムイオン二次電池の電極製造方法及びリチウムイオン二次電池の製造方法 | |
CN102117932B (zh) | 一种聚合物电解质膜及其制备方法和聚合物电池 | |
CN108780892A (zh) | 非水系二次电池电极用粘结剂组合物、非水系二次电池电极用浆料组合物、非水系二次电池用电极及非水系二次电池 | |
CN103427113B (zh) | 凝胶聚合物电解质和聚合物电池及其制备方法 | |
CN108110315A (zh) | 一种锂离子电池自修复聚合物电解质的制备方法 | |
KR20150110482A (ko) | 전기 화학 소자 전극용 도전성 접착제 조성물의 제조 방법 | |
CN112909318A (zh) | 锂离子二次电池及其制备方法与包含锂离子二次电池的电子产品和电动产品 | |
CN107768667A (zh) | 一种低温循环磷酸铁锂动力电池及其制备方法 | |
CN103346328A (zh) | 一种耐高电位窗口锂离子二次电池粘合剂及其制备方法 | |
CN105845886A (zh) | 一种离子电池负极材料及其制备方法 | |
CN107534152B (zh) | 非水系电池电极用粘合剂用组合物、非水系电池电极用粘合剂、非水系电池电极用组合物、非水系电池电极以及非水系电池 | |
KR20160086288A (ko) | 비수 전해질 2차 전지용 전극 및 그 제조 방법 | |
RU2547819C1 (ru) | Способ изготовления электродов литий-ионного аккумулятора | |
CN107658427A (zh) | 一种锂电池负极材料、锂电池负极、锂电池及它们的制备方法 | |
RU2564201C1 (ru) | Литий-полимерный аккумулятор и способ его изготовления | |
Bouharras et al. | Evaluation of core–shell poly (vinylidene fluoride)-grafted-Barium titanate (PVDF-g-BaTiO3) nanocomposites as a cathode binder in batteries |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160404 |