CN105932222A - 导电浆料及其制备方法、涂布有该导电浆料的极片和锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种用于锂离子电池的导电浆料，包括涂布于正极片上的正极导电浆料以及涂布于负极片上的负极导电浆料，按质量百分数计，所述正极导电浆料包括正极活性物质92.5％～95.5％、正极粘结剂0.5％～3.5％，以及导电剂2.5％～5.5％；所述负极导电浆料包括负极活性物质93％～96％、负极粘结剂1.4％～3.4％、导电剂0.9％～3.9％、以及增稠剂0.2％～2.2％。本发明制备的导电浆料导电性能稳定、且分散效果好、不易沉降。本发明还涉及该导电浆料的制备方法及包含有该导电浆料的极片和锂离子电池。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池用的导电浆料及其制备方法、采用该导电浆料制备的极片和锂离子电池。
背景技术
锂离子电池具有能量密度高、安全性能好和成本低廉等优点，在新能源领域中具有广阔的应用前景：一方面可作为动力电池，可广泛地应用于插电式混合动力车、电动汽车、空间飞行器以及水下潜器等；另一方面也可以作为储能电池，可应用于通讯基站的备用电源、风能和太阳能储能、远离市电区域的边远地区供电电源等。在锂离子电池的制程中，涂布于极片上的导电浆料的配制是关键而又重要的一个环节，导电浆料的均匀性和稳定性关系到涂布极片的一致性、最终影响成品锂离子电池的安全性能和电化学性能。目前，常规的锂离子电池在配制导电浆料过程中存在制备周期过长、分散效果差等问题，导致涂布过程中导电浆料易沉降，从而影响涂布极片的效果，进而影响锂离子电池的性能。
因此，寻求一种优良的负极配料方法，缩短配料周期、提高浆料分散效果及稳定性成为锂离子电池制程中非常重要的工作。
有鉴于此，有必要提供一种新的导电浆料以制备出具有良好的电化学性能的高倍率性能的锂离子电池，以解决上述问题。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种用于锂离子电池的导电浆料，以解决上述问题；
本发明的目的之二在于提供上述导电浆料的制备方法；
本发明的目的之三在于提供一种锂离子电池的极片，其上涂布有上述导电浆料；
本发明的目的之四在于提供一种锂离子电池，其包括上述导电浆料。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种用于锂离子电池的导电浆料，所述导电浆料包括涂布于正极片上的正极导电浆料以及涂布于负极片上的负极导电浆料，按质量百分数计，所述正极导电浆料包括正极活性物质92.5％～95.5％、正极粘结剂0.5％～3.5％，以及导电剂2.5％～5.5％；所述负极导电浆料包括负极活性物质93％～96％、负极粘结剂0.4％～3.4％、导电剂0.9％～3.9％，以及增稠剂0.2％～2.2％。
较佳地，所述正极活性物质为钴酸锂、镍钴锰酸锂或磷酸铁锂，所述正极粘结剂为聚偏氟乙烯，所述导电剂为炭黑或碳纳米管。
较佳地，所述负极活性物质为石墨，所述负极粘结剂为丁苯橡胶，所述导电剂为炭黑或碳纳米管，所述增稠剂为羟甲基纤维素。
本发明还提供一种用于锂离子电池的导电浆料的制备方法，所述导电浆料包括涂布于正极片上的正极导电浆料以及涂布于负极片上的负极导电浆料，制备所述正极导电浆料包括步骤(1)按以下质量百分数分别称取以下物料：正极活性物质92.5％～95.5％、正极粘结剂0.5％～3.5％，以及导电剂2.5％～5.5％；制备所述负极导电浆料包括步骤(1)按以下质量百分数分别称取以下物料：负极活性物质93％～96％、负极粘结剂0.4％～3.4％、导电剂0.9％～3.9％，以及增稠剂0.2％～2.2％。
较佳地，所述正极活性物质为钴酸锂、镍钴锰酸锂或磷酸铁锂，所述正极粘结剂为聚偏氟乙烯，所述导电剂为炭黑或碳纳米管。
较佳地，所述负极活性物质为石墨，所述负极粘结剂为丁苯橡胶，所述导电剂为炭黑或碳纳米管，所述增稠剂为羟甲基纤维素。
较佳地，制备所述正极导电浆料还包括步骤:(2)在搅拌速度47～59rpm、分散速度1595～1925rpm的条件下搅拌正极粘结剂3～5小时；(3)加入导电剂，并在搅拌速度47～59rpm、分散速度1815～2145rpm的条件下搅拌1～2小时；以及(4)加入正极活动物质，并在搅拌速度55～67rpm、分散速度1815～2145rpm的条件下搅拌2～3小时，从而制得所述正极导电浆料。
较佳地，制备所述负极导电浆料还包括步骤:(2)在搅拌速度47～59rpm、分散速度1595～1925rpm的条件下搅拌增稠剂3～4小时；(3)加入导电剂，并在搅拌速度47～59rpm、分散速度1595～1925rpm的条件下搅拌0.5～1.5小时；(4)加入负极活性物质，并在搅拌速度55～67rpm、分散速度1815～2145rpm的条件下搅拌2.5～3.5小时；以及(5)加入粘结剂，并在搅拌速度16～28rpm、分散速度627～957rpm的条件下搅拌0.5～1小时，从而制得所述负极导电浆料。
较佳地，制备所述正极导电浆料还包括步骤(5)加入N-甲基吡咯烷酮，并在搅拌速度32～44rpm的条件下搅拌0.2～1小时，以调整所述正极导电浆料的粘度。
较佳地，制备所述负极导电浆料还包括步骤(6)加入去离子水，并在搅拌速度32～44rpm的条件下搅拌0.2～1小时，以调整所述负极导电浆料的粘度。
本发明的制备方法简单易行，适宜大规模的生产。
本发明还公开一种锂离子电池的极片，所述极片包括正极片以及负极片，所述正极片上涂布有上述正极导电浆料或上述制备方法制备的所述正极导电浆料，所述负极片上涂布有上述负极导电浆料或上述制备方法制备的所述负极导电浆料。
本发明还公开一种锂离子电池，所述锂离子电池包括有正极片及负极片，所述正极片上涂布有上述正极导电浆料或上述制备方法制备的所述正极导电浆料，所述负极片上涂布有上述负极导电浆料或上述制备方法制备的所述负极导电浆料。
本发明的锂离子电池及其极片，由于采用了上述导电浆料，上述导电浆料具有良好的导电性、内阻小且分散效果好，使得制得的锂离子电池具有较好的高倍率性能及循环稳定性，进而扩展了锂离子电池的使用范围，延长了锂离子电池的使用寿命。
附图说明
图1为本发明动力锂离子电池高倍率放电性能测试数据。
图2为本发明动力锂离子电池循环性能测试数据。
具体实施方式
下面将结合附图和上述发明内容对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明用于锂离子电池的导电浆料，包括涂布于正极片上的正极导电浆料以及涂布于负极片上的负极导电浆料，下面分别介绍正极导电浆料及负极导电浆料的制备方法的多个实施例。
实施例一：
制备正极导电浆料包括步骤：
(1)按以下质量百分数分别称取以下物料：正极活性物质92.5％、正极粘结剂2％，以及导电剂5.5％；
(2)在搅拌速度47rpm、分散速度1595rpm的条件下搅拌正极粘结剂3小时；
(3)加入导电剂，并在搅拌速度47rpm、分散速度1815rpm的条件下搅拌1小时；
(4)加入正极活动物质，并在搅拌速度55rpm、分散速度1815rpm的条件下搅拌2小时，从而制得正极导电浆料；以及
(5)加入N-甲基吡咯烷酮，并在搅拌速度32rpm的条件下搅拌0.2小时，以调整正极导电浆料的粘度，以待涂布至正极片上。
制备负极导电浆料包括步骤：
(1)按以下质量百分数分别称取以下物料：负极活性物质93％、负极粘结剂3.4％、导电剂1.4％，以及增稠剂2.2％；
(2)在搅拌速度47rpm、分散速度1595rpm的条件下搅拌增稠剂3小时；
(3)加入导电剂，并在搅拌速度47rpm、分散速度1595rpm的条件下搅拌0.5小时；
(4)加入负极活性物质，并在搅拌速度55rpm、分散速度1815rpm的条件下搅拌2.5小时；
(5)加入粘结剂，并在搅拌速度16rpm、分散速度627rpm的条件下搅拌0.5小时，从而制得负极导电浆料；以及
(6)加入去离子水，并在搅拌速度32rpm的条件下搅拌0.2小时，以调整负极导电浆料的粘度，以待涂布至负极片上。
实施例二：
制备正极导电浆料包括步骤：
(1)按以下质量百分数分别称取以下物料：正极活性物质95.5％、正极粘结剂0.5％，以及导电剂4％；
(2)在搅拌速度59rpm、分散速度1925rpm的条件下搅拌正极粘结剂5小时；
(3)加入导电剂，并在搅拌速度59rpm、分散速度2145rpm的条件下搅拌2小时；
(4)加入正极活动物质，并在搅拌速度67rpm、分散速度2145rpm的条件下搅拌3小时，从而制得正极导电浆料；以及
(5)加入N-甲基吡咯烷酮，并在搅拌速度44rpm的条件下搅拌1小时，以调整正极导电浆料的粘度，以待涂布至正极片上。
制备负极导电浆料包括步骤：
(1)按以下质量百分数分别称取以下物料：负极活性物质96％、负极粘结剂1.4％、导电剂2.4％，以及增稠剂0.2％；
(2)在搅拌速度59rpm、分散速度1925rpm的条件下搅拌增稠剂4小时；
(3)加入导电剂，并在搅拌速度59rpm、分散速度1925rpm的条件下搅拌1.5小时；
(4)加入负极活性物质，并在搅拌速度67rpm、分散速度2145rpm的条件下搅拌3.5小时；
(5)加入粘结剂，并在搅拌速度28rpm、分散速度957rpm的条件下搅拌1小时，从而制得负极导电浆料；以及
(6)加入去离子水，并在搅拌速度44rpm的条件下搅拌1小时，以调整负极导电浆料的粘度，以待涂布至负极片上。
实施例三：
制备正极导电浆料包括步骤：
(1)按以下质量百分数分别称取以下物料：正极活性物质93％、正极粘结剂3.5％，以及导电剂2.5％；
(2)在搅拌速度57rpm、分散速度1900rpm的条件下搅拌正极粘结剂4.5小时；
(3)加入导电剂，并在搅拌速度57rpm、分散速度2000rpm的条件下搅拌1.2小时；
(4)加入正极活动物质，并在搅拌速度65rpm、分散速度2000rpm的条件下搅拌2.3小时，从而制得正极导电浆料；以及
(5)加入N-甲基吡咯烷酮，并在搅拌速度40rpm的条件下搅拌0.3小时，以调整正极导电浆料的粘度，以待涂布至正极片上。
制备负极导电浆料包括步骤：
(1)按以下质量百分数分别称取以下物料：负极活性物质94％、负极粘结剂1.8％、导电剂3.9％，以及增稠剂0.3％；
(2)在搅拌速度57rpm、分散速度1900rpm的条件下搅拌增稠剂3.4小时；
(3)加入导电剂，并在搅拌速度57rpm、分散速度1900rpm的条件下搅拌0.7小时；
(4)加入负极活性物质，并在搅拌速度65rpm、分散速度2000rpm的条件下搅拌2.7小时；
(5)加入粘结剂，并在搅拌速度18rpm、分散速度650rpm的条件下搅拌0.7小时，从而制得负极导电浆料；以及
(6)加入去离子水，并在搅拌速度40rpm的条件下搅拌0.3小时，以调整负极导电浆料的粘度，以待涂布至负极片上。
实施例四：
制备正极导电浆料包括步骤：
(1)按以下质量百分数分别称取以下物料：正极活性物质95％、正极粘结剂3％，以及导电剂2％；
(2)在搅拌速度49rpm、分散速度1600rpm的条件下搅拌正极粘结剂4.3小时；
(3)加入导电剂，并在搅拌速度49rpm、分散速度1900rpm的条件下搅拌1.3小时；
(4)加入正极活动物质，并在搅拌速度57rpm、分散速度1900rpm的条件下搅拌2.3小时，从而制得正极导电浆料；以及
(5)加入N-甲基吡咯烷酮，并在搅拌速度34rpm的条件下搅拌0.3小时，以调整正极导电浆料的粘度，以待涂布至正极片上。
制备负极导电浆料包括步骤：
(1)按以下质量百分数分别称取以下物料：负极活性物质95％、负极粘结剂3.1％、导电剂0.9％，以及增稠剂1％；
(2)在搅拌速度49rpm、分散速度1600rpm的条件下搅拌增稠剂3.3小时；
(3)加入导电剂，并在搅拌速度49rpm、分散速度1600rpm的条件下搅拌0.8小时；
(4)加入负极活性物质，并在搅拌速度57rpm、分散速度1900rpm的条件下搅拌2.8小时；
(5)加入粘结剂，并在搅拌速度18rpm、分散速度630rpm的条件下搅拌0.8小时，从而制得负极导电浆料；以及
(6)加入去离子水，并在搅拌速度34rpm的条件下搅拌0.3小时，以调整负极导电浆料的粘度，以待涂布至负极片上。
本发明的制备方法简单易行，适宜大规模的生产。
具体地，上述正极活性物质为钴酸锂、镍钴锰酸锂或磷酸铁锂，正极粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)，导电剂为炭黑或碳纳米管，负极活性物质为石墨，负极粘结剂为丁苯橡胶(SBR)，增稠剂为羟甲基纤维素(CMC)。
分别测试上述各实施例制得的正极导电浆料的粘度(如表1所示)和负极导电浆料的粘度(如表2所示)。
表1
表2
表1及表2数据显示，由上述方法制得的正极导电浆料及负极导电浆料的粘度良好。
将上述实施例一至实施例四制得的正极导电浆液分别涂布至正极片上、负极导电浆液涂布至负极片上，再按照现有工艺将极片制备成锂离子电池，由于本发明的锂离子电池及其极片采用了上述导电浆料，上述导电浆料具有良好的导电性、内阻小且分散效果好，使得制得的锂离子电池具有较好的高倍率放电性能及循环稳定性，进而扩展了锂离子电池的使用范围，延长了锂离子电池的使用寿命。分别地，如图1所示，实施例一至四制得的动力锂电池在40C高放电倍率的条件下，其放电容量比率也能达到90％以上，可见，上述动力锂电池具有较好的高倍率放电性能；如图2所示，实施例一至四制得的动力锂电池在5C倍率下充放电循环，数据显示，循环300个周期后，其容量保持率仍然在89％以上，可见，上述动力锂电池具有较好的循环稳定性。
上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括在本发明权利要求范围之内。
Claims (12)
1.一种用于锂离子电池的导电浆料，其特征在于，所述导电浆料包括涂布于正极片上的正极导电浆料以及涂布于负极片上的负极导电浆料，按质量百分数计，
所述正极导电浆料包括：
正极活性物质 92.5％～95.5％；
正极粘结剂 0.5％～3.5％；以及
导电剂 2.5％～5.5％；
所述负极导电浆料包括：
2.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的导电浆料，其特征在于，所述正极活性物质为钴酸锂、镍钴锰酸锂或磷酸铁锂，所述正极粘结剂为聚偏氟乙烯，所述导电剂为炭黑或碳纳米管。
3.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的导电浆料，其特征在于，所述负极活性物质为石墨，所述负极粘结剂为丁苯橡胶，所述导电剂为炭黑或碳纳米管，所述增稠剂为羟甲基纤维素。
4.一种用于锂离子电池的导电浆料的制备方法，其特征在于，所述导电浆料包括涂布于正极片上的正极导电浆料以及涂布于负极片上的负极导电浆料，其特征在于,
制备所述正极导电浆料包括步骤(1)按以下质量百分数分别称取以下物料：
正极活性物质 92.5％～95.5％；
正极粘结剂 0.5％～3.5％；以及
导电剂 2.5％～5.5％；
制备所述负极导电浆料包括步骤(1)按以下质量百分数分别称取以下物料：
5.根据权利要求4所述的用于锂离子电池的导电浆料的制备方法，其特征在于，所述正极活性物质为钴酸锂、镍钴锰酸锂或磷酸铁锂，所述正极粘结剂为聚偏氟乙烯，所述导电剂为炭黑或碳纳米管。
6.根据权利要求4所述的用于锂离子电池的导电浆料的制备方法，其特征在于，所述负极活性物质为石墨，所述负极粘结剂为丁苯橡胶，所述导电剂为炭黑或碳纳米管，所述增稠剂为羟甲基纤维素。
7.根据权利要求4所述的用于锂离子电池的导电浆料的制备方法，其特征在于，制备所述正极导电浆料还包括步骤:
(2)在搅拌速度47～59rpm、分散速度1595～1925rpm的条件下搅拌正极粘结剂3～5小时；
(3)加入导电剂，并在搅拌速度47～59rpm、分散速度1815～2145rpm的条件下搅拌1～2小时；以及
(4)加入正极活动物质，并在搅拌速度55～67rpm、分散速度1815～2145rpm的条件下搅拌2～3小时，从而制得所述正极导电浆料。
8.根据权利要求4所述的用于锂离子电池的导电浆料的制备方法，其特征在于，制备所述负极导电浆料还包括步骤:
(2)在搅拌速度47～59rpm、分散速度1595～1925rpm的条件下搅拌增稠剂3～4小时；
(3)加入导电剂，并在搅拌速度47～59rpm、分散速度1595～1925rpm的条件下搅拌0.5～1.5小时；
(4)加入负极活性物质，并在搅拌速度55～67rpm、分散速度1815～2145rpm的条件下搅拌2.5～3.5小时；以及
(5)加入粘结剂，并在搅拌速度16～28rpm、分散速度627～957rpm的条件下搅拌0.5～1小时，从而制得所述负极导电浆料。
9.根据权利要求7所述的用于锂离子电池的导电浆料的制备方法，其特征在于，制备所述正极导电浆料还包括步骤(5)加入N-甲基吡咯烷酮，并在搅拌速度32～44rpm的条件下搅拌0.2～1小时，以调整所述正极导电浆料的粘度。
10.根据权利要求8所述的用于锂离子电池的导电浆料的制备方法，其特征在于，制备所述负极导电浆料还包括步骤(6)加入去离子水，并在搅拌速度32～44rpm的条件下搅拌0.2～1小时，以调整所述负极导电浆料的粘度。
11.一种锂离子电池的极片，其特征在于，所述极片包括正极片以及负极片，所述正极片上涂布有如权利要求1～3任一项所述的正极导电浆料或权利要求4～10任一项所述制备方法制备的所述正极导电浆料，所述负极片上涂布有如权利要求1～3任一项所述的负极导电浆料或权利要求4～10任一项所述制备方法制备的所述负极导电浆料。
12.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括有正极片及负极片，所述正极片上涂布有如权利要求1～3任一项所述的正极导电浆料或权利要求4～10任一项所述制备方法制备的所述正极导电浆料，所述负极片上涂布有如权利要求1～3任一项所述的负极导电浆料或权利要求4～10任一项所述制备方法制备的所述负极导电浆料。
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