專利名稱：一種用于鋰離子電池電極的水基制漿成膜方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，具體涉及一種用于鋰離子電池電極的水基 制槳成膜方法。
背景技術(shù)：
鋰離子電池與其它可充電電池相比具有能量密度大、工作電壓高、循環(huán)
壽命長、自放電低等優(yōu)點，己成為21世紀(jì)重要的新型能源之一。目前，鋰 離子電池生產(chǎn)的主要技術(shù)環(huán)節(jié)之一是正負(fù)極粉末材料的制漿成膜，現(xiàn)有技術(shù) 是采用有機(jī)溶劑N-甲基吡咯烷銅(NMP)，該有機(jī)溶劑具有分散性好的特點，
但其易揮發(fā)、易燃易爆、且有毒，是鋰離子電池生產(chǎn)的主要污染源；同時該 技術(shù)要求嚴(yán)格密封，能耗大；此外，該技術(shù)使用的粘結(jié)劑PVDF也很貴，是 鋰離子電池生產(chǎn)高成本的主要原因之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點，提供一種環(huán)境友好、成 本低、工藝簡單的鋰離子電池電極的水基制槳成膜方法，代替目前鋰離子電 池制造工業(yè)中普遍使用的NMP有機(jī)溶劑制漿成膜。
本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)
一種鋰離子電池電極的水基制漿成膜方法，包括下述步驟
(1) 采用聚丙烯酸類聚合物(PAA，結(jié)構(gòu)式1)為粘結(jié)劑，將質(zhì)量比 為7 9: 1的正極活性物質(zhì)和聚丙烯酸類聚合物混合，然后將混合物溶解于 水中，攪拌至完全溶解均勻成為漿料；所述正極活性物質(zhì)為鈷、鐵、錳、鎳 類正極如LiFeP04、 LiCo02 、 "》^204或LiNi02等；
(2) 制漿成膜后均勻涂覆在經(jīng)過表面預(yù)處理的集流體鋁箔上，在60 100。C溫度下真空干燥8 14小時，經(jīng)過碾壓等工藝處理，得到鋰離子電池 正極。<formula>formula see original document page 4</formula> 式l
所述聚丙烯酸類聚合物可為聚丙烯酸、聚丙烯酸和有機(jī)酸氨的混合物、 或聚丙烯酸和弱堿性物質(zhì)的混合物；所述聚丙烯酸和有機(jī)酸氨的混合物或聚 丙烯酸和弱堿性物質(zhì)的混合物中，聚丙烯酸和有機(jī)酸氨或弱堿性物質(zhì)的質(zhì)量 比為1 4: 1;優(yōu)選聚丙烯酸和CH3C00NH4的混合物、聚丙烯酸和LiOH的混 合物。
將上述得到的鋰離子電池電極在粉末壓片機(jī)上壓平，薄膜沖成1cm2大 小的圓片，作為正極；以金屬鋰片為負(fù)極；進(jìn)口聚丙烯微孔膜(Celgard2300) 為隔膜；1 mol/L LiPF6/碳酸乙烯酯(EC)+碳酸二乙酯(DEC)+碳酸二甲酯(DMC) (體積比為1:1: l)的混合溶液為電解液；在充滿氬氣的手套箱中裝成扣 式電池。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點和效果
(1) 本發(fā)明采用水作溶劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)的排放污染環(huán)境且價格高的有機(jī)溶 劑N-甲基吡咯烷銅(NMP),既降低成本，又對環(huán)境友好；
(2) 采用聚丙烯酸(PM)類聚合物代替PVDF (聚偏氟乙烯)作粘結(jié) 劑，成本低且環(huán)境友好。
(3) 該方法相對現(xiàn)有傳統(tǒng)技術(shù)對密封性要求降低，能耗減小，節(jié)約能 源并降低生產(chǎn)成本。
(4) 采用該方法生產(chǎn)的電池，其安全性、倍率放電性能和循環(huán)壽命等 性能提高。


圖1是利用本發(fā)明水基制漿成膜方法和傳統(tǒng)方法有機(jī)溶劑制漿成膜方 法制成的兩種電池循環(huán)50次充放電對比曲線圖。
圖2是利用本發(fā)明水基制漿成膜方法和傳統(tǒng)方法有機(jī)溶劑制槳成膜方 法制成的兩種電池首次充放電對比曲線圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
實施例1
正極活性物質(zhì)選用LiFeP04，粘結(jié)劑釆用PAA (聚丙烯酸)，正極活性物 質(zhì)與粘結(jié)劑按質(zhì)量比為9: l混合，混合物溶解于溶劑二次蒸餾水中，攪拌 均勻至完全溶解不再有懸浮物；制漿成膜后均勻涂覆于集流體鋁箔上，在 8(TC下真空干燥12h,然后在粉末壓片機(jī)上壓平，得到鋰離子電池的正極。
實施例2
正極活性物質(zhì)選用LiFeP04,粘結(jié)劑采用質(zhì)量比為2: 1的PM (聚丙烯 酸)和CH3C00NH4的混合物，正極活性物質(zhì)與粘結(jié)劑按質(zhì)量比為8: l混合， 混合物溶解于溶劑二次蒸餾水中，攪拌均勻至完全溶解不再有懸浮物；制漿 成膜后均勻涂覆于集流體鋁箔上，在90°C下真空干燥10h，然后在粉末壓 片機(jī)上壓平，得到鋰離子電池的正極。
實施例3
正極活性物質(zhì)選用LiFeP04，粘結(jié)劑采用質(zhì)量比為3: 1的PAA(聚丙烯 酸)和LiOH的混合物，正極活性物質(zhì)與粘結(jié)劑按質(zhì)量比為8: 1混合，混合 物溶解于溶劑二次蒸餾水中，攪拌均勻至完全溶解不再有懸浮物；制漿成膜 后均勻涂覆于集流體鋁箔上，在100。C下真空干燥8h，然后在粉末壓片機(jī)上 壓平，得到鋰離子電池的正極。
實施例4
正極活性物質(zhì)選用LiCo02,粘結(jié)劑采用PAA (聚丙烯酸)，正極活性物 質(zhì)與粘結(jié)劑按質(zhì)量比為9: l混合，混合物溶解于溶劑二次蒸餾水中，攪拌 均勻至完全溶解不再有懸浮物；制漿成膜后均勻涂覆于集流體鋁箔上，在 90。C下真空干燥10h，然后在粉末壓片機(jī)上壓平，得到鋰離子電池的正極。
實施例5
正極活性物質(zhì)選用LiCo02,粘結(jié)劑釆用質(zhì)量比為2: 1的PAA (聚丙烯 酸)和LiOH的混合物，正極活性物質(zhì)與粘結(jié)劑按質(zhì)量比為8: 1混合，混合 物溶解于溶劑二次蒸餾水中，攪拌均勻至完全溶解不再有懸浮物；制漿成膜 后均勻涂覆于集流體鋁箔上，在100°C下真空干燥8h，然后在粉末壓片機(jī)上壓平，得到鋰離子電池的正極。
實施例6
正極活性物質(zhì)選用LiMnA，粘結(jié)劑采用PM (聚丙烯酸)，正極活性物 質(zhì)與粘結(jié)劑按質(zhì)量比為9: l混合，混合物溶解于溶劑二次蒸餾水中，攪拌 均勻至完全溶解不再有懸浮物；制漿成膜后均勻涂覆于集流體鋁箔上，在 80。C下真空干燥12h，然后在粉末壓片機(jī)上壓平，得到鋰離子電池的正極。
實施例7
正極活性物質(zhì)選用LiMnA，粘結(jié)劑采用質(zhì)量比為2: 1的PAA (聚丙烯 酸)和CH3C00NH4的混合物，正極活性物質(zhì)與粘結(jié)劑按質(zhì)量比為8: l混合， 混合物溶解于溶劑二次蒸餾水中，攪拌均勻至完全溶解不再有懸浮物；制漿 成膜后均勻涂覆于集流體鋁箔上，在90°C下真空干燥10h，然后在粉末壓 片機(jī)上壓平，得到鋰離子電池的正極。
實施例8
正極活性物質(zhì)選用LiMn204,粘結(jié)劑采用質(zhì)量比為2: 1的PAA (聚丙烯 酸)和LiOH的混合物，正極活性物質(zhì)與粘結(jié)劑按質(zhì)量比為8: l混合，混合 物溶解于溶劑二次蒸餾水中，攪拌均勻至完全溶解不再有懸浮物；制漿成膜 后均勻涂覆于集流體鋁箔上，在100。C下真空干燥8h，然后在粉末壓片機(jī)上 壓平，得到鋰離子電池的正極。
測試?yán)?br> 測試樣將實施例l制備得到的電池電極在粉末壓片機(jī)上壓平，薄膜沖 成lcm2大小的圓片，作為正極；以金屬鋰片為負(fù)極；進(jìn)口聚丙烯微孔膜
(Celgard 2300)為隔膜，1 mol/L LiPF6 /碳酸乙烯酯(EC) +碳酸二乙酯(0￡0
+碳酸二甲酯(DMC)(體積比為1 : 1 : l)的混合溶液為電解液，在充滿氬氣 的手套箱中裝成扣式電池。
對照樣采用傳統(tǒng)的聚偏氟乙烯(PVDF)作粘結(jié)劑，有機(jī)溶劑N-甲基 吡咯垸銅(NMP)作溶劑，制漿成膜成正極，再組裝成電池。
測試條件用BS-9300 二次電池性能檢測裝置對電池進(jìn)行充放電循環(huán)測 試，正極的充放電電壓范圍是2.8至4.2V，充放電倍率為O.IC.測試結(jié)果如圖l、圖2所示。從圖中可以看出使用本例制得的正極膜電 極組裝的電池首次放電容量為125.9mAh,循環(huán)次50后電池放電容量為 124.5mAh，容量保持率為98.7%;而傳統(tǒng)技術(shù)組裝的電池首次放電容量為 115.3mAh;循環(huán)次50后電池放電容量僅為103.7mAh，容量保持率為90.2%。 可見采用本專利方法組裝的電池具有很好的充放電循環(huán)性能，相比傳統(tǒng)技 術(shù)，電池的倍率放電性能和循環(huán)壽命等電池性能也同時得以提高，因此該方 法適用于鋰離子電池。
權(quán)利要求
1. 一種用于鋰離子電池電極的水基制漿成膜方法，其特征在于包括下述步驟(1)采用聚丙烯酸類聚合物為粘結(jié)劑，將質(zhì)量比為7～9∶1的正極活性物質(zhì)和聚丙烯酸類聚合物混合，然后將混合物溶解于水中，攪拌至完全溶解均勻成為漿料；(2)制漿成膜后均勻涂覆在經(jīng)過表面預(yù)處理的集流體鋁箔上，在60～100℃溫度下真空干燥8～14小時，壓片，得到鋰離子電池電極。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池電極的水基制漿成膜方法，其特 征在于所述正極活性物質(zhì)為LiFeP04 、 LiCo02 、 LiMnA或LiNi02。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池電極的水基制漿成膜方法，其特 征在于所述聚丙烯酸類聚合物為聚丙烯酸、聚丙烯酸和有機(jī)酸氨的混合物 或聚丙烯酸和弱堿性物質(zhì)的混合物。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋰離子電池電極的水基制漿成膜方法，其特 征在于所述聚丙烯酸和有機(jī)酸氨的混合物或聚丙烯酸和弱堿性物質(zhì)的混合物中，聚丙烯酸和有機(jī)酸氨或弱堿性物質(zhì)的質(zhì)量比為1 4: 1。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋰離子電池電極的水基制漿成膜方法，其特 征在于所述聚丙烯酸類聚合物為聚丙烯酸和CH3COONH4的混合物或聚丙烯 酸和LiOH的混合物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于鋰離子電池電極的水基制漿成膜方法，采用聚丙烯酸類聚合物為粘結(jié)劑，將質(zhì)量比為7～9∶1的正極活性物質(zhì)和聚丙烯酸類聚合物混合，然后將混合物溶解于水中，攪拌至完全溶解均勻。制漿成膜后均勻涂覆在經(jīng)過表面預(yù)處理的集流體鋁箔上，在60～100℃溫度下真空干燥8～14小時，壓片，得到鋰離子電池電極。本發(fā)明的成本低、環(huán)境友好；而且采用本方法生產(chǎn)的電池，其倍率放電性能和循環(huán)壽命等性能提高，可用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有機(jī)溶劑制漿成膜。
文檔編號H01M4/62GK101304085SQ20081002823
公開日2008年11月12日 申請日期2008年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月23日
發(fā)明者李偉善, 英 梁, 蔡宗平, 邢麗丹 申請人:華南師范大學(xué)