專利名稱：動力電池電極及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于二次鋰離子電池領域，涉及電化學、材料化學領域，尤其涉及一種動力 電池電極及其制備方法。
背景技術：
能源危機及環(huán)境惡化問題近年來日趨嚴重，引起了全球性的關注。按目前世界石 油消耗速度看，全球石油儲藏量大約60年就會消耗殆盡。此外世界石油消耗速度還在逐年 增加中。目前全球汽車保有量在不斷上升，整個行業(yè)約消耗石油總開采量的45%。傳統(tǒng)汽 車對石油的依賴也是全球氣候變暖的最根本原因。降低汽車行業(yè)對石油的依賴已經(jīng)成為人 類解決能源危機最快速、最環(huán)保和成本最低的方式。電動汽車能夠充分利用由多種來源產(chǎn)生的電能、以及用電低谷的“富?！彪娔艹?電，可以有效地緩解能源危機，保護環(huán)境。鋰離子動力電池可以在大量領域內(nèi)使用電能取代 石油能源，節(jié)約了大量寶貴的石油資源，同時電能是一種清潔能源，可以緩解使用石油能源 帶來的嚴重的環(huán)境污染。新型鋰離子二次電池的研發(fā)是電動汽車發(fā)展的關鍵，并且電池技 術依然是制約純電動汽車產(chǎn)業(yè)化的瓶頸，在車載電池比功率、比能量、循環(huán)次數(shù)、耗費的充 電時間長短等關鍵指標方面均存在著瓶頸。目前歐、美、日及我國都積極開展了將鋰離子電 池應用與電動汽車的研究，并取得良好的效果。因此，大量發(fā)展鋰離子動力電池具有重要的 社會經(jīng)濟意義。近年來為了提高鋰二次電池的能量和功率密度，人們在電極活性材料制作方面做 了很多工作，如新材料的合成、元素摻雜、包覆、納米化等等，成果顯著，大大提高的電極活 性材料的綜合性能。但是電池的性能不僅取決于原材料的性能，還和制作工藝有很大的關 系。多年來電極的制作工藝都沒有太大的進展一種是以NMP為溶劑，以PVDF或PTFE為 粘結(jié)劑的油系工藝，該工藝最為成熟，產(chǎn)品性能穩(wěn)定、循環(huán)性好，但內(nèi)阻大，對生產(chǎn)環(huán)境要求 高，處理不當還會有污染；另一種是以水為溶劑，以高分子溶液或乳液為粘結(jié)劑的工藝，該 工藝得成本低、無污染，產(chǎn)品內(nèi)阻小、高倍率性能好，但循環(huán)壽命和穩(wěn)定性不如油系，有待于 進一步完善；還有一種以導電高分子為粘結(jié)劑的工藝，生產(chǎn)條件極為苛刻，還處于研究階 段。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有技術中的不足之處，提出了一種倍率性能好、循 環(huán)壽命長的動力電池電極及其制造方法。一種動力電池電極，它包括金屬箔片，在金屬箔片上涂有一層導電劑，經(jīng)烘干、輥 壓后，再涂上儲鋰活性材料，導電層厚度為0. 01-30 μ m。所述金屬箔片為鋁箔和銅箔。所述導電劑為導電炭黑、導電石墨和導電碳納米管或者對前述三種材料任選兩種 以上材料進行元素摻雜、表面包覆、改性所得的復合材料。
所述儲鋰活性材料為鈷酸鋰LiCoO2、鎳酸鋰LiNi02、LiMePO4, Li2MeSiO4、磷酸釩鋰 Li3V2 (PO4) 3、Lii^eBOp 富鋰正極材料 bLi2Mn03 · (l_b) LiMO2、鈦酸鋰 Li4Ti5012、H2Ti12O25、二氧 化鉬MoO2、石墨、MCMB、金屬錫、錫基復合材料、單質(zhì)硅和硅合金或者對上述材料進行元素摻 雜、表面包覆、改性所得到的復合材料中的任意一種或多種，其中Me為Fe、Mn、C0、m，其中， O 彡 b < 1，LiMO2 為 LiCoxNiyMnzO2, x+y+z = 1 或錳酸鋰 LiMn2O4 或 Li4Mn5O9 或 Li4Mn5O120動力電池電極的制備方法，其具體制作過程為a、將導電層材料和去離子水在球磨機中球磨1-5小時，再加入占固體質(zhì)量比的 0. 1-10%水性粘結(jié)劑乳液或溶液球磨0. 1-1小時得到第一漿料；b、將第一漿料除氣泡后涂布在金屬箔片上，經(jīng)干燥、輥壓后形成電極坯材；C、將占固體質(zhì)量比0. 1-10%的油性粘結(jié)劑用有機溶劑配成溶液，再把占固體質(zhì)量 比0. 1-40%的導電劑和儲鋰活性材料分散在該溶液中得到第二漿料；d、將第二漿料除氣泡后將漿料涂布在b步驟中的電極坯材上，形成電極片，將涂 覆后的極片干燥。所述水性粘結(jié)劑為聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸酯、羧甲基纖維素鈉、 氯丁橡膠、丁腈橡膠、丁苯橡膠、氯磺化聚乙烯橡膠、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯橡膠、丙烯 腈-丁二烯-苯乙烯橡膠、阿拉伯膠和天然橡膠或者上述材料的衍生物中的一種或多種。所述的有機溶劑是指以N-甲基吡咯烷酮、二甲基酰胺和二甲基乙酰胺或者上述 材料的衍生物中的一種或多種；所述油性粘結(jié)劑為偏聚四氟乙烯、聚四氟乙烯和聚合類樹 脂或者上述材料的衍生物中的一種或多種。本發(fā)明的技術效果體現(xiàn)在1、雙層涂覆工藝，既利用了水系工藝與金屬作用力強、內(nèi)阻小的優(yōu)勢，又利用了油 系配方工藝穩(wěn)定、循環(huán)壽命長的特點，還減少了粘結(jié)劑的使用量，提高了電池的高倍率性能 和循環(huán)壽命。2、導電層的使用延長了電池的循環(huán)壽命。因為鋁箔在空氣和電解液中都比較容易 在表面形成氧化物膜，銅箔在使用過程中也容易腐蝕生成一層絕緣薄膜，致使電池內(nèi)阻增 大，循環(huán)過程中放電效率降低，使用導電層涂覆后可以大大減少隔絕空氣和電解液與集流 體的接觸；另外，電池在長時間循環(huán)過程中因為發(fā)熱、電解液的腐蝕、鋰離子的遷移等原因， 粘結(jié)劑會粉化，金屬箔會腐蝕，導致活性物質(zhì)層與集流體脫落，電池內(nèi)阻急劇上升而報廢， 使用導電層涂覆后，由于導電層沒有儲鋰活性材料，這一過程也會大大延緩。
圖1為對比例la、對比例lb.和實施例1.在5C下的循環(huán)曲線
具體實施例方式下面通過實施例對本發(fā)明進行具體描述，有必要在此指出的是以下實施例只能 用于對本發(fā)明進行進一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，本領域的技術熟練 人員根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容做出一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整仍屬本發(fā)明的保護范圍。對比例la.先將偏聚四氟乙烯(下稱PVDF)用N-甲基吡咯烷酮(下稱NMP)配成7%的溶液(占最終固形物含量的5% )，然后加入導電劑(占最終固形物含量的5% )，采用高速剪 切分散3小時，再加入磷酸鐵鋰(占最終固形物含量的90%)，采用高速剪切分散3小時， 抽真空攪拌1小時后，將漿料均勻的涂布在鋁箔上，采用110°C的大量熱風循環(huán)烤干極片。 將烘干后的極片進行輥壓，再經(jīng)真空干燥后直接以該極片為工作電極，以聚丙烯微孔膜為 隔膜，金屬鋰片為負極，以lmol/L LiPF6/EC-DMC(l 1)溶液為電解液組裝扣式電池，并在 4. 2 2. 5V的電壓范圍，0. IC到20C的電流密度下進行等倍率充放電實驗和5C循環(huán)實驗， 結(jié)果在表1.和表2.中給出。表1.不同制作方式的電極片放電比容量結(jié)果對比表
權(quán)利要求
1.一種動力電池電極，其特征在于它包括金屬箔片，在金屬箔片上涂有一層導電劑， 經(jīng)烘干、輥壓后，再涂上儲鋰活性材料，導電層厚度為0. 01-30 μ m。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述動力電池電極，其特征在于，所述金屬箔片為鋁箔和銅箔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述動力電池電極，其特征在于，所述導電劑為導電炭黑、導電石墨 和導電碳納米管或者對前述三種材料任選兩種以上材料進行元素摻雜、表面包覆、改性所 得的復合材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述動力電池電極，其特征在于，所述儲鋰活性材料為鈷酸鋰 LiCoO2、鎳酸鋰 LiNi02、LiMePO4, Li2MeSi04、磷酸釩鋰 Li3V2 (PO4) 3、Lii^eBO3、富鋰正極材料 bLi2Mn03 · (l_b)LiM02、鈦酸鋰 Li4Ti5012、H2Ti12O25、二氧化鉬 MoO2、石墨、MCMB、金屬錫、錫基 復合材料、單質(zhì)硅和硅合金或者對上述材料進行元素摻雜、表面包覆、改性所得到的復合材 料中的任意一種或多種，其中Me為Fe、Mn、Co、Ni，其中，O彡b < LLiMO2為LiCoxNiyMnzO2， x+y+z = 1 或錳酸鋰 LiMn2O4 或 Li4Mn5O9 或 Li4Mn5O1215
5.一種如權(quán)利要求1所述的動力電池電極的制備方法，其具體制作過程為a、將導電劑和去離子水在球磨機中球磨1-5小時，再加入占固體質(zhì)量比的0.1-10%水 性粘結(jié)劑乳液或溶液球磨0. 1-1小時得到第一漿料；b、將第一漿料除氣泡后涂布在金屬箔片上，經(jīng)干燥、輥壓后形成電極坯材；C、將占固體質(zhì)量比0. 1-10%的油性粘結(jié)劑用有機溶劑配成溶液，再把占固體質(zhì)量比 0. 1-40%的導電劑和儲鋰活性材料分散在該溶液中得到第二漿料；d、將第二漿料除氣泡后將漿料涂布在b步驟中的電極坯材上，形成電極片，將涂覆后 的極片干燥。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述動力電池電極的制備方法，其特征在于，所述水性粘結(jié)劑為聚 氧化乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸酯、羧甲基纖維素鈉、氯丁橡膠、丁腈橡膠、丁苯橡膠、氯 磺化聚乙烯橡膠、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯橡膠、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯橡膠、阿拉伯膠 和天然橡膠或者上述材料的衍生物中的一種或多種。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所動力電池電極的制備方法，其特征在于，所述的有機溶劑是指以 N-甲基吡咯烷酮、二甲基酰胺和二甲基乙酰胺或者上述材料的衍生物中的一種或多種；所 述油性粘結(jié)劑為偏聚四氟乙烯、聚四氟乙烯和聚合類樹脂或者上述材料的衍生物中的一種 或多種。
全文摘要
本發(fā)明涉及可再充鋰離子電池技術領域，特別是一種高性能動力電池電極及其制造方法。它適合于鋰離子二次電池正負極極片的制作；它首先在金屬箔片上以水性工藝涂上一層沒有儲鋰活性的導電層，經(jīng)烘干、輥壓后，再以油系配方涂上儲鋰活性材料作為動力電池電極。該電極制造方法既利用了水系工藝與金屬作用力強、內(nèi)阻小的優(yōu)點，又利用了油系配方工藝穩(wěn)定、循環(huán)壽命長的特點，還減少了粘結(jié)劑的使用量，可以大大提高電池的高倍率性能和循環(huán)壽命，是一種理想的動力電池極片制造方法。
文檔編號H01M4/70GK102104140SQ20101061134
公開日2011年6月22日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者夏圣安, 李新宏, 楊萬光 申請人:常州華科新能源科技有限公司