專利名稱：動力電池電極及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于二次鋰離子電池領(lǐng)域，涉及電化學(xué)、材料化學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種動力 電池電極及其制備方法。
背景技術(shù)：
能源危機(jī)及環(huán)境惡化問題近年來日趨嚴(yán)重，引起了全球性的關(guān)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(jī)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(jī)，保護(hù)環(huán)境。鋰離子動力電池可以在大量領(lǐng)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(yán)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(guān)鍵，并且電池技 術(shù)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(fèi)的充 電時間長短等關(guān)鍵指標(biāo)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(yīng)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(jì)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?fù)诫s、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(guān) 系。多年來電極的制作工藝都沒有太大的進(jìn)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(dāng)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(jìn)一步完善；還有一種以導(dǎo)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(shù)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(dǎo)電劑，經(jīng)烘干、輥 壓后，再涂上儲鋰活性材料，導(dǎo)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(dǎo)電劑為導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電石墨和導(dǎo)電碳納米管或者對前述三種材料任選兩種 以上材料進(jìn)行元素?fù)诫s、表面包覆、改性所得的復(fù)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(fù)合材料、單質(zhì)硅和硅合金或者對上述材料進(jìn)行元素?fù)?雜、表面包覆、改性所得到的復(fù)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(dǎo)電層材料和去離子水在球磨機(jī)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(jī)溶劑配成溶液，再把占固體質(zhì)量 比0. 1-40%的導(dǎo)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(jī)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(shù)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(qiáng)、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(diǎn)，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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)電層涂覆后，由于導(dǎo)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(jìn)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(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的技術(shù)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(jìn)和調(diào)整仍屬本發(fā)明的保護(hù)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(dǎo)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(fēng)循環(huán)烤干極片。 將烘干后的極片進(jìn)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(fù)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(jìn)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(dǎo)電劑， 經(jīng)烘干、輥壓后，再涂上儲鋰活性材料，導(dǎo)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(dǎo)電劑為導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電石墨 和導(dǎo)電碳納米管或者對前述三種材料任選兩種以上材料進(jìn)行元素?fù)诫s、表面包覆、改性所 得的復(fù)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(fù)合材料、單質(zhì)硅和硅合金或者對上述材料進(jìn)行元素?fù)诫s、表面包覆、改性所得到的復(fù)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(dǎo)電劑和去離子水在球磨機(jī)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(jī)溶劑配成溶液，再把占固體質(zhì)量比 0. 1-40%的導(dǎo)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(jī)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(shù)領(lǐng)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(fù)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(dǎo)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(qiáng)、內(nèi)阻小的優(yōu)點(diǎn)，又利用了油系配方工藝穩(wěn)定、循環(huán)壽命長的特點(diǎn)，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