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CN110611076A - 一种锂离子电池正极极片及其制备方法 - Google Patents

一种锂离子电池正极极片及其制备方法 Download PDF

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CN110611076A CN201910713491.7A CN201910713491A CN110611076A CN 110611076 A CN110611076 A CN 110611076A CN 201910713491 A CN201910713491 A CN 201910713491A CN 110611076 A CN110611076 A CN 110611076A
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current collector
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ion battery
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常武杰
段士涛
牛壮壮
张飞
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Henan Pingmei Guoneng Lithium Power Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池正极极片，包括集流体和涂覆在集流体上的涂层，所述涂层靠近所述集流体的部分导电剂的含量大于远离所述集流体部分导电剂的含量。本发明还公开了上述正极极片的制备方法，包括以下步骤：步骤一：分别制备底层浆料和上层浆料；其中，所述底层浆料中导电剂的含量大于所述上层浆料中导电剂的含量；步骤二：在所述集流体上涂布所述底层浆料，涂覆厚度2－10μm，烘干；步骤三：在烘干后的涂层上涂布所述上层浆料，烘干、辊压。本发明的正极片靠近集流体的部分导电剂含量大，其导电性较所述远离集流体部分大，从而提高了涂层中活性物质与集流体之间的导电性，减小了电池内阻，提高了电池的倍率性能和循环性能。

Description

一种锂离子电池正极极片及其制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池领域，涉及一种锂离子电池正极极片及其制备方法。
背景技术
随着石化能源的日益枯竭，温室效应不断加剧，人们开始不断寻找一种既能减缓能源危机，又能避免对环境污染的新型环保新能源，在这一过程中，锂离子电池应运而生并不断发展壮大起来。目前锂离子电池广泛地应用于数码产品和电动汽车等领域。锂离子电池主要由正负极片、隔膜和电解液构成。正极极片是在正极集流体上涂布正极浆料而成，现有技术中正极浆料的涂布方式一般为将一定配比的浆料一次性的涂布在铝箔上来完成，这种方式制成的正极极片导电性能不佳，影响电池的倍率性能和容量和循环性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种导电性能好的锂离子电池正极极片，用该正极极片制作的锂离子电池具有较好的倍率性能和容量和循环性能。
本发明的技术方案如下：
一种锂离子电池正极极片，包括集流体和涂覆在所述集流体上的涂层，所述涂层靠近所述集流体的部分导电剂的含量大于远离所述集流体部分导电剂的含量。
优选地，所述涂层包括靠近所述集流体的底层和远离所述集流体的上层，其中所述底层中导电剂的含量大于所述上层中导电剂的含量。
优选地，所述上层中导电剂的质量百分含量不大于5％，粘结剂的质量百分含量不大于5％，正极活性物质的质量百分含量为90％－99％。
优选地，所述底层中导电剂的质量百分含量不小于50％，粘结剂的质量百分含量不小于10％，正极活性物质质量百分含量为10％－40％。
优选地，所述底层厚度为2-10μm。
优选地，所述导电剂为石墨、炭黑、乙炔黑、石墨烯、碳纳米管中的至少一种；所述粘结剂为聚偏氟乙烯；所述正极活性物质为磷酸铁锂。
优选地，所述集流体为单光面铝箔、双光面铝箔或多孔铝箔。
本发明的另一个目的是提供一种上述锂离子电池正极极片的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：分别制备底层浆料和上层浆料；其中，所述底层浆料中导电剂的含量大于所述上层浆料中导电剂的含量；步骤二：在所述集流体上涂布所述底层浆料，涂覆厚度2－10μm，烘干；步骤三：在上述烘干后的涂层上涂布所述上层浆料，烘干、辊压。
优选地，所述上层浆料中：导电剂的质量百分含量不大于5％，粘结剂的质量百分含量不大于5％，正极活性物质的质量百分含量90％－99％。
优选地，所述底层浆料中：导电剂的质量百分含量不小于50％，粘结剂的质量百分含量不小于10％，正极活性物质的质量百分含量10％－40％。
本发明的有益效果为：
本发明通过分别配制底层浆料和上层浆料，使所述底层浆料中导电剂的含量大于所述上层浆料中导电剂的含量，然后依次在集流体上涂布，从而制备出的正极极片的涂层靠近所述集流体的部分导电剂的含量大于远离集流体部分导电剂的含量。本发明的正极片由于靠近集流体的部分导电剂含量大，其导电性较所述远离集流体部分大，从而大大提高了涂层中活性物质与集流体之间的导电性，减小了电池的内阻，从而提高了电池的倍率性能和循环性能。
附图说明
图1为实施例1和对比例所制电池的500次循环充放电曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做详细说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
制备底层浆料：按照质量比石墨60％、聚偏氟乙烯10％、磷酸铁锂30％的比例称量后将三者混合搅拌均匀，加入溶剂N－甲基吡咯烷酮搅拌制成底层浆料。
制备上层浆料：按照质量比石墨5％、聚偏氟乙烯5％、磷酸铁锂90％的比例称量后将三者混合搅拌均匀，加入溶剂N－甲基吡咯烷酮搅拌制成上层浆料。
正极极片制作：
将制成的底层浆料涂覆在多孔铝箔的两面，烘干后得到涂布了底层浆料的铝箔，涂覆厚度为2μm。然后再在上述烘干后的极片两面涂覆上述制备的上层浆料，烘干、辊压后制得厚度为180±3μm的正极极片。
锂离子电池制作：
以石墨为负极，以1mol/L LiPF6的为电解液(碳酸乙烯脂和二甲基氧乙烷的质量比为1：1)，组装成标称容量为10Ah的锂离子电池。
电池性能检测：
1、电池内阻测试
将上述电池在25±5℃、50％荷电状态测电池直流内阻，结果见表1；
2、电池容量检测
在25±5℃下，对电池进行容量测试和循环500次循环容量保持率测试。
容量测试：
①1C恒流充电到3.65V后转为恒压充电，截止电流为0.02C；②搁置10min；③以1C恒流放电到2.0V。记录放电容量即为电池的1C容量。
重复第①和第②步，并分别使用2C、3C进行放电，记录放电容量为电池的2C、3C容量。
3、500次循环容量保持率测试：
①1C恒流充电到3.65V后转为恒压充电，截止电流为0.02C；②搁置10min；③以1C恒流放电到2.0V；④搁置10min；⑤重复①至④工步500次，记录放电容量，并计算出容量保持率。
检测结果见表1。
图1中实线为本实施例所制电池的500次循环充放电曲线图。
实施例2
制备底层浆料：按照质量比炭黑50％、聚偏氟乙烯10％、磷酸铁锂40％的比例称量后将三者混合搅拌均匀，加入溶剂N－甲基吡咯烷酮搅拌制成底层浆料。
制备上层浆料：按照质量比碳黑0.5％、聚偏氟乙烯0.5％、磷酸铁锂99％的比例称量后将三者混合搅拌均匀，加入溶剂N－甲基吡咯烷酮搅拌制成上层浆料。
正极极片制作：
将制成的底层浆料涂覆在单光面铝箔的两面，烘干后得到涂布了底层浆料的铝箔，涂覆厚度为10μm，烘干。然后再在上述烘干后的极片两面涂覆制备的上层浆料，烘干、辊压后制得厚度为180±3μm的正极极片。
用和实施例1相同的方法制作锂离子电池并进行电池性能检测，结果见表1。
实施例3
制备底层浆料：按照质量比乙炔黑55％、聚偏氟乙烯15％、磷酸铁锂30％的比例称量后将三者混合搅拌均匀，加入溶剂N－甲基吡咯烷酮搅拌制成底层浆料。
制备上层浆料：按照质量比石墨5％、聚偏氟乙烯5％、磷酸铁锂90％的比例称量后将三者混合搅拌均匀，加入溶剂N－甲基吡咯烷酮搅拌制成上层浆料。
正极极片制作：
将制成的底层浆料涂覆在双光面铝箔的两面，烘干后得到涂布了底层浆料的铝箔，涂覆厚度为8μm，烘干。然后再在上述烘干后的极片两面涂覆制备的上层浆料，烘干、辊压后制得厚度为180±3μm的正极极片。
用和实施例1相同的方法制作电池并进行电池性能检测，结果见表1。
实施例4
制备底层浆料：按照质量比石墨烯75％、聚偏氟乙烯15％、磷酸铁锂10％的比例称量后将三者混合搅拌均匀，加入溶剂N－甲基吡咯烷酮搅拌制成底层浆料。
制备上层浆料：按照质量比石墨2％、聚偏氟乙烯2％、磷酸铁锂96％的比例称量后将三者混合搅拌均匀，加入溶剂N－甲基吡咯烷酮搅拌制成上层浆料。
正极极片制作：
将制成的底层浆料涂覆在多孔铝箔的两面、烘干后得到涂布了底层浆料的铝箔，涂覆厚度为5μm，烘干。然后再在上述烘干后的极片两面涂覆制备的上层浆料，烘干、辊压后制得厚度为180±3μm的正极极片。
用和实施例1相同的方法制作电池并进行电池性能检测，结果见表1。
实施例5
制备底层浆料：按照质量比碳纳米管60％、聚偏氟乙烯10％、磷酸铁锂30％的比例称量后将其混合搅拌均匀，加入溶剂N－甲基吡咯烷酮搅拌制成底层浆料。
制备上层浆料：按照质量比石墨2％、聚偏氟乙烯3％、磷酸铁锂95％的比例称量后将三者混合搅拌均匀，加入溶剂N－甲基吡咯烷酮搅拌制成上层浆料。
正极极片制作：
将制成的底层浆料涂覆在单光面铝箔的两面，烘干后得到涂布了底层浆料的铝箔，涂覆厚度为2μm，烘干。然后再在上述烘干后的极片两面涂覆制备的上层浆料，烘干、辊压后制得厚度为180±3μm的正极极片。
用和实施例1相同的方法制作电池并进行电池性能检测，结果见表1。
实施例6
制备底层浆料：按照质量比石墨15％、碳黑15％、乙炔黑15％、石墨烯15％、碳纳米管10％、聚偏氟乙烯15％、磷酸铁锂15％的比例称量后将其混合搅拌均匀，加入溶剂N－甲基吡咯烷酮搅拌制成底层浆料。
制备上层浆料：按照质量比石墨5％、聚偏氟乙烯5％、磷酸铁锂90％的比例称量后将三者混合搅拌均匀，加入溶剂N－甲基吡咯烷酮搅拌制成上层浆料。
正极极片制作：
将制成的底层浆料涂覆在多孔铝箔的两面，烘干后得到涂布了底层浆料的铝箔，涂覆厚度为2μm，烘干。然后再在上述烘干后的极片两面涂覆制备的上层浆料，烘干、辊压后制得厚度为180±3μm的正极极片。
用和实施例1相同的方法制作电池并进行电池性能检测，结果见表1。
对比例1
正极浆料制备：按照质量比石墨20％、聚偏氟乙烯2％、磷酸铁锂78％的比例称量后将三者混合搅拌均，加入溶剂N－甲基吡咯烷酮搅拌制成正极浆料。
正极片制作：
将制成的浆料一次涂布在多孔铝箔的两面、烘干、辊压后厚度180±3μm范围内，制得正极极片。
用和实施例1相同的方法制作电池并进行电池性能检测。
图1中虚线为本对比例所制电池的500次循环的充放电曲线图。实施例1由于使用本发明的锂离子电池极片，其正极片靠近集流体的部分导电剂含量大，导电性较所述远离集流体部分大，从而大大提高了涂层中活性物质与集流体之间的导电性，减小了电池的内阻。从图1可以看出，经过500次循环，实施例1中的锂离子电池容量保持率高，循环性能优异；而对比例中的锂离子电池循环衰减很快，循环性能较差。可见采用本发明的正极极片制备方法制作的正极极片制备的电池，其循环性能比用一次混匀涂布制得的正极极片所制备的电池循环性能好。
表1可以看到，实施例1－6的电池内阻均小于对比例的电池内阻，说明使用了本发明中正极极片的制备方法进行涂布，使得底层浆料中导电剂的含量大于所述上层浆料中导电剂的含量，由此正极极片制备的锂离子电池的内阻可以有效的降低，电池的1C、2C、3C放电容量高，电池的倍率性能好。
通过比表1也可以看出，本发明的实施例1至6所制作的电池其500次循环后容量保持率远大于对比例极片所制作的电池。可见用本发明的技术方案的正极极片制作的锂离子电池具有较好的倍率性能和容量。
表1
另外，本发明中举出的实施例中，正极极片采用分两次涂履，涂履两层的方案。在本发明的其它一些实施例中，正极极片采用了分三次或更多次涂履的方法，其共同之处都在于，所述涂层靠近所述集流体的部分导电剂的含量大于远离集流体部分导电剂的含量。采用这种越靠近集流体导电剂含量越大的正极极片结构，使得极片上活性物质之间的电子导电性在靠近集流体的方向上呈梯度增加，使得极片的内阻有效降低，从而使得由此制得的锂离子电池的倍率性能和循环寿命得到提高。
以上仅为本发明的部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。比如，在本发明中导电剂可以为石墨、炭黑、乙炔黑、石墨烯、碳纳米管中的至少一种，以上仅列举了单独使用和五种混合使用的实施例，而在实际实施中，可以是其中至少一种的任意组合，均可以达到同样的效果。再比如，在本发明中，正极活性物质仅使用了磷酸铁锂，由本发明说明书的内容本领域技术人员可以得知，使用其它的正极活性物质，比如钴酸锂、镍钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂等，使用本发明的锂离子电池正极极片的制备方法，使正极极片涂层在靠近所述集流体的部分导电剂的含量大于远离所述集流体部分导电剂的含量，都可以提高涂层中活性物质与集流体之间的导电性，减小电池的内阻，从而提高电池的倍率性能和循环寿命。

Claims (10)

1.一种锂离子电池正极极片，包括集流体和涂覆在所述集流体上的涂层，其特征在于，所述涂层靠近所述集流体的部分导电剂的含量大于远离所述集流体部分导电剂的含量。
2.一种如权利要求1所述的锂离子电池正极极片，其特征在于，所述涂层包括靠近所述集流体的底层和远离所述集流体的上层，其中所述底层中导电剂的含量大于所述上层中导电剂的含量。
3.一种如权利要求2所述的锂离子电池正极极片，其特征在于，所述上层中导电剂的质量百分含量不大于5％，粘结剂的质量百分含量不大于5％，正极活性物质的质量百分含量为90％－99％。
4.一种如权利要求2所述的锂离子电池正极极片，其特征在于，所述底层中导电剂的质量百分含量不小于50％，粘结剂的质量百分含量不小于10％，正极活性物质质量百分含量为10％－40％。
5.一种如权利要求4所述的锂离子电池正极极片，其特征在于，所述底层厚度为2－10μm。
6.一种如权利要求4所述的锂离子电池正极极片，其特征在于，所述导电剂为石墨、炭黑、乙炔黑、石墨烯、碳纳米管中的至少一种；所述粘结剂为聚偏氟乙烯；所述正极活性物质为磷酸铁锂。
7.一种如权利要求2所述的锂离子电池正极极片，其特征在于，所述集流体为单光面铝箔、双光面铝箔或多孔铝箔。
8.一种制备如权利要求1至7之一所述的锂离子电池正极极片的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：分别制备底层浆料和上层浆料；其中，所述底层浆料中导电剂的含量大于所述上层浆料中导电剂的含量；
步骤二：在所述集流体上涂布所述底层浆料，涂覆厚度2－10μm，烘干；
步骤三：在上述烘干后的涂层上涂布所述上层浆料，烘干、辊压。
9.一种如权利要求8所述的锂离子电池正极极片的制备方法，其特征在于，所述上层浆料中导电剂的质量百分含量不大于5％、粘结剂的质量百分含量不大于5％、正极活性物质的质量百分含量为90％－99％。
10.一种如权利要求8所述的锂离子电池正极极片的制备方法，其特征在于，所述底层浆料中导电剂的质量百分含量不小于50％、粘结剂的质量百分含量不小于10％、正极活性物质的质量百分含量为10％－40％。
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