專利名稱：鋰離子電池及其正極極片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種鋰離子電池及其正極極片。
背景技術(shù)：
鋰離子電池是一種具有較高能量密度和良好環(huán)保性能的電池，其具有能量高、可靠性高、加工性好等優(yōu)點(diǎn)，因而逐漸被應(yīng)用在便攜式電子設(shè)備上。鋰離子電池內(nèi)的電芯一般包括相互疊加卷繞的正極片、隔離膜和負(fù)極片，隔離膜間隔于相鄰的正、負(fù)極片之間以將兩種極片絕緣，同時(shí)用于保持電解液。電芯及電解液都是放入電池殼內(nèi)或包裝膜內(nèi)，用來保證鋰離子電池在密閉的環(huán)境下可以正常工作。正極片包括一般采用鋁箔制作的正極集流體和附著在正極集流體上、含有正極活性物質(zhì)的正極膜片。正極活性物質(zhì)間以及正極活性物質(zhì)與鋁箔依靠粘結(jié)劑粘接在一起。由于陰極活性物質(zhì)自身的特性影響，譬如壓實(shí)密度，而相對較低壓實(shí)密度的正極材料(譬如磷酸鐵鋰，錳酸鋰材料)，因?yàn)樽陨磔^低的壓實(shí)密度，導(dǎo)致正極活性材料即使在冷壓之后其顆粒與集流體之間接觸仍然不好(如圖1)，導(dǎo)致循環(huán)變差，倍率性能變差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的問題而提供一種正極活性物質(zhì)在冷壓之后其顆粒與集流體之間具有良好接觸和粘接性能的正極極片。采用該正極極片的鋰離子電池其具有良好倍率性能，和良好的循環(huán)性能。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案—種鋰離子電池正極極片，包括集流體；涂覆在集流體上的底層，涂覆在底層上的頂層，兩層組成正極材料層，所述的底層的壓實(shí)密度較頂層的大。其中，作為本發(fā)明進(jìn)一步的限定，所述底層的厚度為0. Olum 30um。其中，所述底層的厚度更進(jìn)一步優(yōu)選為0. 5um。其中，作為本發(fā)明進(jìn)一步的限定，所述正極材料層內(nèi)至少含有導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑。其中，作為本發(fā)明進(jìn)一步的限定，所述導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑在正極材料層中的固含量分別為 90%、1% 90%。其中，作為本發(fā)明進(jìn)一步的限定，所述的粘結(jié)劑為聚偏二氟乙烯(PVDF)、羧甲基纖維素(CMC)、橡膠(SBR)中一種或幾種，其在正極材料層中的固含量進(jìn)一步優(yōu)選為 75%。其中，作為本發(fā)明進(jìn)一步的限定，所述導(dǎo)電劑為導(dǎo)電碳黑、氣相碳纖維、納米碳管中的一種或幾種，其在正極材料層中的固含量進(jìn)一步優(yōu)選為 75%。一種鋰離子電池正極極片其制備方法包括以下步驟首先，制備具有較高壓實(shí)密度底層漿料，取粘結(jié)劑溶解于溶劑中，攪拌溶解充分后形成澄清溶液；向上述澄清溶液中加入導(dǎo)電劑和較高壓實(shí)密度的底層活性物質(zhì)，攪拌均勻的漿料涂布在正極集流體表面，蒸發(fā)除去溶劑，得到具有較高壓實(shí)密度活性物質(zhì)的極片，該極片經(jīng)過冷壓工序后備用；其次，制備相對較低壓實(shí)密度的頂層漿料，取粘結(jié)劑溶解于溶劑中，攪拌溶解充分后形成澄清溶液; 向上述澄清溶液中加入導(dǎo)電劑和相對較低壓實(shí)密度的頂層活性物質(zhì)，攪拌均勻的漿料涂布在底層的表面，蒸發(fā)除去溶劑，得到具有不同壓實(shí)密度結(jié)構(gòu)的正極極片。其中，作為本發(fā)明更進(jìn)步一步的限定，所述底層的壓實(shí)密度較頂層的壓實(shí)密度大 0. 1克/立方厘米 5克/立方厘米。本發(fā)明還提供一種鋰離子二次電池，該電池包括電池殼體、電極組和電解液，所述電極組和電解液密封在電池殼體內(nèi)，所述電極組包括正極、負(fù)極以及位于正負(fù)極之間的隔離膜，所述正極為上述的鋰離子電池正極極片。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明采用涂覆在集流體上的底層，涂覆在底層上的頂層，兩層組成正極材料層，所述的底層的壓實(shí)密度較頂層的大，該技術(shù)方案具有相對高壓實(shí)密度的底層經(jīng)過冷壓工序，顆粒會嵌入正極集流體中，與集流體具有良好的接觸，明顯改善了低壓實(shí)密度正極膜片與正極集流體接觸阻抗大的問題，提高了鋰離子電池的電化學(xué)性能，改善了充放電的倍率性能和循環(huán)性能。


下面結(jié)合附圖和各個(gè)具體實(shí)施例，對本發(fā)明及其有益技術(shù)效果進(jìn)行詳細(xì)說明，其中圖1為本發(fā)明鋰離子電池正極片實(shí)施例1的電池在25°C時(shí)以0. 5C充電0. 5C放電的循環(huán)曲線圖；圖2為本發(fā)明鋰離子電池正極片實(shí)施例2的電池在25°C時(shí)以0. 5C充電0. 5C放電的循環(huán)曲線圖；圖3為無底層涂層技術(shù)鋰離子電池在25°C時(shí)以0. 5C充電0. 5C放電的循環(huán)曲線圖；圖4為本發(fā)明鋰離子電池正極極片實(shí)施例1的電池IC放電倍率的測試曲線；圖5為本發(fā)明鋰離子電池正極極片實(shí)施例1的電池3C放電倍率的測試曲線；圖6為本發(fā)明鋰離子電池正極極片實(shí)施例2的電池IC放電倍率的測試曲線；圖7為本發(fā)明鋰離子電池正極極片實(shí)施例2的電池3C放電倍率的測試曲線；圖8為現(xiàn)有技術(shù)的鋰離子電池正極極片IC放電倍率的測試曲線；圖9為現(xiàn)有技術(shù)的鋰離子電池正極極片3C放電倍率的測試曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例為本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。實(shí)施例1 首先制備具有較高壓實(shí)密度底層漿料，取粘結(jié)劑PVDF溶解于溶劑中，攪拌溶解 NMP充分后形成澄清溶液；向上述澄清溶液中加入Super-P (導(dǎo)電碳黑)導(dǎo)電劑和較高壓實(shí)密度(壓實(shí)密度4.2克/立方厘米)鈷酸鋰的底層活性物質(zhì)，其中鈷酸鋰、Super-P(導(dǎo)電碳黑)、PVDF按照質(zhì)量比例為95.0 3.0 2. 0，固含量70%，攪拌均勻的底層漿料涂布在正極集流體表面，蒸發(fā)除去溶劑，涂布厚度10微米，得到具有較高壓實(shí)密度活性物質(zhì)的極片， 該極片經(jīng)過冷壓工序后備用。
其次，制備相對較低壓實(shí)密度的頂層漿料，取PVDF粘結(jié)劑溶解于NMP(N_甲基吡咯烷酮)溶劑中，攪拌溶解充分后形成澄清溶液；向上述澄清溶液中加入Super-P(導(dǎo)電碳黑)導(dǎo)電劑和相對較低壓實(shí)密度(壓實(shí)密度2.2克/立方厘米)的磷酸鐵鋰頂層活性物質(zhì)， 其中磷酸鐵鋰、Super-P (導(dǎo)電碳黑)、PVDF按照質(zhì)量比例為85.0 5. 0 10.0，攪拌均勻的漿料涂布在底層的表面，蒸發(fā)除去溶劑，得到具有不同壓實(shí)密度結(jié)構(gòu)的正極極片。該正極極片根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行分切(即將負(fù)極片剪裁、切割成所需要大小的尺寸)，再將0. Imm厚的極耳鋁條制成的正極極耳焊接接在鋁箔上，制得正極片，見圖2。制備負(fù)極片將石墨、Super-P, CMC(水基粘結(jié)劑，羧甲基纖維素)、SBRGtyrene Butadiene Rubber，一種橡膠)按照質(zhì)量比95. 5 1.5 1.5 1. 5加入去離子水中，混合且攪拌均勻得到具有一定流動性的漿料，再將上述漿料涂覆在9 μ m厚的金屬銅箔的兩面， 烘干成具有一定柔度的負(fù)極片。然后經(jīng)過冷壓、分切(即將負(fù)極片剪裁、切割成所需要大小的尺寸)，再將用0. Imm厚的鎳片制成的負(fù)極極耳焊接接在銅箔上，制得負(fù)極片。制備鋰離子電池把制作好的正極片、負(fù)極片和隔離膜〔隔離膜可采用聚丙烯 (PP)-聚乙烯(PE)-聚丙烯(PP)三層復(fù)合薄膜或聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)單層薄膜〕通過卷繞方式制成裸電芯，然后將電芯裝入電池包裝殼(鋁塑復(fù)合膜，鋁殼或者鋼殼)中，向其內(nèi)注入電解液〔電解液是以六氟磷酸鋰(LiPF6)〕為鋰鹽，以20 %的碳酸乙烯酯、30 %的碳酸甲乙酯和50%的碳酸二甲酯為溶劑)，再經(jīng)化成、陳化等工藝制得成品電池。對按本實(shí)施例制得的多個(gè)鋰離子電池樣品進(jìn)行容量測試，測試結(jié)果參見表1。表1實(shí)施例1的電池容量測試結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池正極極片，包括集流體；涂覆在集流體上的底層，涂覆在底層上的頂層，兩層組成正極材料層，其特征在于所述的底層的壓實(shí)密度較頂層的大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池正極極片，其特征在于所述底層的厚度為 0. Olum 30umo
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池正極極片，其特征在于所述底層的厚度為 0. 5um。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池正極極片，其特征在于所述正極材料層內(nèi)至少含有導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池正極極片，其特征在于所述導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑在正極材料層中的固含量分別為0. 90%、0. 1^-90 ^
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種鋰離子電池正極極片，其特征在于所述的粘結(jié)劑為聚偏二氟乙烯(PVDF)、羧甲基纖維素(CMC)、橡膠(SBR)中一種或幾種，其在正極材料層中的固含量為 75%。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種鋰離子電池正極極片，其特征在于所述導(dǎo)電劑為導(dǎo)電碳黑、氣相碳纖維、納米碳管中的一種或幾種，其在正極材料層中的固含量為 75%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池正極極片，其特征在于其制備方法包括以下步驟首先，制備具有較高壓實(shí)密度底層漿料，取粘結(jié)劑溶解于溶劑中，攪拌溶解充分后形成澄清溶液；向上述澄清溶液中加入導(dǎo)電劑和較高壓實(shí)密度的底層活性物質(zhì)，攪拌均勻的漿料涂布在正極集流體表面，蒸發(fā)除去溶劑，得到具有較高壓實(shí)密度活性物質(zhì)的極片，該極片經(jīng)過冷壓工序后備用；其次，制備相對較低壓實(shí)密度的頂層漿料，取粘結(jié)劑溶解于溶劑中，攪拌溶解充分后形成澄清溶液；向上述澄清溶液中加入導(dǎo)電劑和相對較低壓實(shí)密度的頂層活性物質(zhì)，攪拌均勻的漿料涂布在底層的表面，蒸發(fā)除去溶劑，得到具有不同壓實(shí)密度結(jié)構(gòu)的正極極片。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種鋰離子電池正極極片，其特征在于所述底層的壓實(shí)密度較頂層的壓實(shí)密度大0. 1克/立方厘米 5克/立方厘米。
10.一種鋰離子二次電池，該電池包括電池殼體、電極組和電解液，所述電極組和電解液密封在電池殼體內(nèi)，所述電極組包括正極、負(fù)極以及位于正負(fù)極之間的隔離膜，其特征在于，所述正極為權(quán)利要求1-9中的任意一項(xiàng)所述的鋰離子電池正極極片。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種鋰離子電池及其正極極片，包括集流體，涂覆在集流體上的底層，涂覆在底層上的頂層，兩層組成正極材料層，所述的底層的壓實(shí)密度較頂層的技術(shù)方案，具有相對高壓實(shí)密度的底層經(jīng)過冷壓工序，顆粒會嵌入正極集流體中，與集流體具有良好的接觸，明顯改善了低壓實(shí)密度正極膜片與正極集流體接觸阻抗大的問題，提高了鋰離子電池的電化學(xué)性能，改善了充放電的倍率性能和循環(huán)性能。
文檔編號H01M10/0525GK102332558SQ20111006795
公開日2012年1月25日 申請日期2011年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月22日
發(fā)明者周鐵剛, 涂健, 陳軒 申請人:東莞新能源電子科技有限公司, 東莞新能源科技有限公司, 寧德新能源科技有限公司