專利名稱：一種正極極片及電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種正極極片以及采用該正極極片的電池。
背景技術(shù)：
鋰離子電池具有高能量密度、高輸出電壓、高輸出功率等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電子、交通、能源等領(lǐng)域。隨著新能源行業(yè)的發(fā)展，高能量密度、高輸出功率電池的開發(fā)，合金負(fù)極因其高容量，高放電平臺(tái)，優(yōu)異安全性能而成為新一代高容量電池發(fā)展的方向。然而，合金材料普遍存在化成過程中伴隨著巨大體積變化，材料產(chǎn)生大的應(yīng)力，導(dǎo)致電極材料的表面開裂、集流體龜裂，特別是正極集流體鋁箔(5-20Kg/mm2)，相比銅箔r35Kg/mm2)具有較低的拉伸強(qiáng)度。極片導(dǎo)電通路受到顯著影響，進(jìn)而嚴(yán)重影響電池性能。

實(shí)用新型內(nèi)容為克服現(xiàn)有技術(shù)中電池正極片龜裂的問題，本實(shí)用新型提供了一種正極極片，正極極片在使用過程中龜裂現(xiàn)象減輕，正極極片膨脹開裂的位置，電子導(dǎo)電因網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層的存在仍然暢通，電池的倍率放電性能和循環(huán)性能明顯改善。本實(shí)用新型提供的正極極片包括依次層疊的正極集流體、網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層和正極活性層；所述網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層為包括線狀導(dǎo)電材料緩沖層。另外，本實(shí)用新型還公開了一種電池，包括電池殼體以及位于電池殼體內(nèi)部的電芯組件和電解液，所述電芯組件包括依次層疊的正極極片、隔膜和負(fù)極極片，所述正極極片為上述正極極片或者采用上述方法制備得到的正極極片。本實(shí)用新型通過在正極集流體表面形成具有線狀導(dǎo)電材料的網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層，從而在正極集流體表面形成導(dǎo)電網(wǎng) 絡(luò)。在充放電過程中，因?yàn)閷?dǎo)電網(wǎng)絡(luò)存在，充分保證電子通路和電子接觸。且導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)具有一定的柔性，一方面能承受體積膨脹帶來的應(yīng)力。另一方面在合金負(fù)極不斷膨脹后仍然保證良好的導(dǎo)電能力。同時(shí)明顯提高倍率性能。并且，本實(shí)用新型通過在正極材料/負(fù)極材料中加入一定量的線狀導(dǎo)電材料，不僅進(jìn)一步提高極片的粘結(jié)強(qiáng)度，同時(shí)保證材料發(fā)生體積膨脹后活性材料內(nèi)部及活性材料與集流體之間良好的導(dǎo)電能力。

圖1是本實(shí)用新型提供的正極極片剖視圖。其中，1、正極集流體；2、網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層；3、正極活性層。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。[0011]本實(shí)用新型公開的正極極片包括依次層疊的正極集流體、網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層和正極活性層；所述網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層為包括線狀導(dǎo)電材料緩沖層。具體的，所述線狀導(dǎo)電材料選自碳納米管緩沖層、碳纖維緩沖層、鋼纖維緩沖層、銀線緩沖層、鉬線緩沖層及導(dǎo)電高分子材料緩沖層中的一種或多種。所述網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層包括線狀導(dǎo)電材料、聚乙烯吡咯烷酮和聚偏氟乙烯，優(yōu)選情況下，所述網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層厚度為2-10μπι。根據(jù)本實(shí)用新型，所述網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層中，線狀導(dǎo)電材料、聚乙烯吡咯烷酮和聚偏氟乙烯質(zhì)量比為:10-70:5-10:5-20。上述正極活性層可以采用現(xiàn)有的正極活性層，例如，所述正極活性層包括正極活性材料、粘結(jié)劑和線狀導(dǎo)電劑；所述正極活性層中，正極活性材料的添加量為90-98%，所述線狀導(dǎo)電劑的添加量為0.5-1%，粘結(jié)劑的添加量為1-9.5%。同樣，上述正極活性層中的正極活性材料、粘結(jié)劑和線狀導(dǎo)電劑也可采用現(xiàn)有的各種物質(zhì)，例如所述正極活性材料選自鈷酸鋰、磷酸亞鐵鹽、錳酸鋰、硅酸鹽、及多元鎳、鈷、錳多元復(fù)合材料中的一種或幾種；所述選自碳黑、石墨、乙炔黑、碳纖維、碳納米管、石墨烯中的一種或幾種；所述粘結(jié)劑選自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、丁苯橡膠中的一種或幾種。其中，更優(yōu)選情況下，線狀導(dǎo)電劑為碳納米管。對(duì)進(jìn)一步提高極片的防龜裂性能十分有利。上述正極 極片中，正極集流體為現(xiàn)有的，例如，可以采用鋁箔或鋁網(wǎng)。優(yōu)選情況下，所述正極集流體兩面均具有網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層。同時(shí)，本實(shí)用新型還公開了上述正極極片的制備方法，包括:S1、將線狀導(dǎo)電材料、聚乙烯吡咯烷酮、聚偏氟乙烯和溶劑混合均勻，得到網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層漿料，其中，網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層漿料粘度為200-1000Pa.s ；S2、將網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層漿料涂覆于正極集流體上，烘烤，在正極集流體上形成厚度為2-10 μ m的網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層；S3、在所述網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層表面形成正極活性層。其中，線狀導(dǎo)電材料、聚乙烯吡咯烷酮、聚偏氟乙烯和溶劑混合時(shí)按質(zhì)量比10-70:05-10:5-20 =900-980 進(jìn)行。形成上述網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層漿料后，將網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層漿料涂覆于正極集流體上，然后烘烤，使溶劑揮發(fā)，在正極集流體上形成網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層。優(yōu)選情況下，制備得到的網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層厚度為
2—10 u ITio對(duì)于步驟S3，在所述網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層表面制備正極活性層的方法可以采用現(xiàn)有的，例如首先制備正極活性材料漿料，然后將正極活性材料漿料涂覆在網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層表面。其中，制備正極活性材料漿料的方法為現(xiàn)有的，例如，將正極活性材料、線狀導(dǎo)電齊U、粘結(jié)劑按質(zhì)量比:900-980:5-10:10-95混合，然后加入溶劑，使固含量達(dá)到45_60%，攪拌均勻，即可獲得正極活性材料漿料。在網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層表面涂覆正極活性材料漿料的方法也可以采用現(xiàn)有的方法進(jìn)行，例如以涂布速度l_8m/min，溫度控制不超過100°C，在網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層表面涂覆正極活性材料漿料，形成正極活性層。通過上述方即可制備得到本實(shí)用新型公開的正極極片，如圖1所示，該正極極片包括由下至上依次層疊的正極集流體1、網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層2和電極活性層3。如前所述，優(yōu)選情況下，正極活性層中的線狀導(dǎo)電劑為碳納米管、碳纖維、鋼纖維、銀線、鉬線及導(dǎo)電高分子材料中的一種或多種。另外，本實(shí)用新型還公開了一種電池，包括電池殼體以及位于電池殼體內(nèi)部的電芯組件和電解液，所述電芯組件包括依次層疊的正極極片、隔膜和負(fù)極極片，所述正極極片為前述方法制備得到的正極極片。通常，所述負(fù)極極片包括負(fù)極集流體及附著于負(fù)極集流體上的負(fù)極材料。本實(shí)用新型對(duì)于采用的負(fù)極集流體、負(fù)極活性材料、負(fù)極導(dǎo)電劑和負(fù)極粘結(jié)劑沒有限制，可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的各種材料。例如，所述負(fù)極活性材料選自石墨、石油焦、有機(jī)裂解碳、中間相碳微球、碳纖維、錫合金、硅合金中的一種或幾種。負(fù)極導(dǎo)電劑選自乙炔黑、碳納米管、石墨烯、羰基鎳粉、銅粉、鐵粉、鋅粉或鋁粉一種或幾種。所述負(fù)極粘結(jié)劑選自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、羧甲基纖維素、丁苯橡膠、硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、羥丙基甲基纖維素、甲基纖維素、聚丙烯酸中的一種或幾種。所述負(fù)極粘結(jié)劑也可以與溶劑形成膠狀物，所述溶劑選自水、丙酮、N-甲基吡咯烷酮、四氫呋喃、二甲基亞砜、甲乙酮、乙酸乙酯中的一種或幾種。為了進(jìn)一步提高電池的性能，本實(shí)用新型中，優(yōu)選情況下，所述負(fù)極活性材料采用碳化硅。為了更好的提高防龜裂性能，提供良好的到導(dǎo)電性能，優(yōu)選情況下，所述負(fù)極材料中還含有碳納米管。負(fù)極集流體為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的各種負(fù)極集流體，例如，負(fù)極集流體可以為銅箔。本實(shí)用新型公開的電池中，正極極片為本實(shí)用新型公開的方法制備得到，負(fù)極極片可通過現(xiàn)有方法制備得到，例如將上述硅碳負(fù)極、CNT水性溶液(5%)、甲基纖維素(CMC)和super-P按質(zhì)量比混合，加適量去離子水混合均勻,加入SBR膠液攪拌混合，涂覆在9 μ m銅箔上，干燥，輥壓后，沖切即可。電池其他部件，例如電池殼體、隔膜、電解液等均為本領(lǐng)域常用的，沒有限制。例如，隔膜具有電絕緣性能和液體保持性能，設(shè)置于正極和負(fù)極之間，并與正極、負(fù)極和電解液一起密封在電池殼體中。所述隔膜可以是本領(lǐng)域常用的各種隔膜，例如有本領(lǐng)域技術(shù)人員在公知的各廠家生產(chǎn)的各生產(chǎn)牌號(hào)的改性聚乙烯氈、改性聚丙烯氈、超細(xì)玻璃纖維氈、維尼綸氈或尼龍氈與可濕性聚烯烴微孔膜經(jīng)焊接或粘結(jié)而成的復(fù)合膜。電解液為本領(lǐng)域常用的電解液，如電解質(zhì)鋰鹽和非水溶劑的混合溶液。電解質(zhì)鋰鹽選自六氟磷酸鋰(LiPF6)、高氯酸鋰、四氟硼酸鋰、六氟砷酸鋰、鹵化鋰、氯鋁酸鋰、氟烴基磺酸鋰中的一種或幾種。有機(jī)溶劑可以選自鏈狀酸酯和環(huán)狀酸酯混合溶液。其中，鏈狀酸酯可以為碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸二丙酯(DPC)以及其他含氟、含硫或含不飽和鍵的鏈狀有機(jī)酯類中的至少一種。環(huán)狀酸酯可以為碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸亞乙烯酯(VC)、Y-丁內(nèi)酯(Y-BL)、磺內(nèi)酯以及其他含氟、含硫或含不飽和鍵的環(huán)狀有機(jī)酯類中的一種或多種。所述電解液中，電解質(zhì)鋰鹽的濃度一般為0.l_2mol/l，優(yōu)選為0.8-1.2mol/l。所述電池可以采用 現(xiàn)有的方法制備得到，例如將上述正極片、聚丙烯隔膜與負(fù)極片依次重疊成電芯，裝入電池殼體中，將電解液注入電池殼體中，經(jīng)封口、化成、分容、靜置制作成電池。以下通過實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步的說明。實(shí)施例1本實(shí)施例用于說明本實(shí)用新型公開的正極極片及其制備方法。網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層漿料制備:將CNT、PVP、粘結(jié)劑PVDF、溶劑NMP按質(zhì)量比6:1:2:91混合均勻，粘度在200-1000Pa.s，將上述漿料涂覆在集流體上，涂層厚度4_5 μ m，烘烤，獲得涂覆有網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層的集流體。正極極片制備:秤取97克鈷酸鋰活性材料、I克CNT、3克粘結(jié)劑PVDF混合，加200克NMP攪拌，獲得活性材料漿料，將其涂覆在涂層漿料處理過的鋁集流體上，干燥溫度95°C，涂覆速度6m/min,獲得正極極片。電池制作:按下述方法制備負(fù)極極片:稱取95克娃碳復(fù)合材料,2.5克丁苯橡膠乳SBR, 1.5克羥甲基纖維素CMC，I克導(dǎo)電碳，加入適量的去離子水混合均勻，涂覆在9 μ m銅箔上制成電極，然后85°C真空烘烤8小時(shí)，極片水含量控制在200ppm以下。IM LiPF6, (EC:DMC:EMC體積比為1:1:1)的電解液，聚丙烯微孔膜為隔膜，按照工序:輥壓、沖切、疊片、干燥、注液、封口、化成、分容、靜置，制作成454261型號(hào)軟包電池。實(shí)施例2本實(shí)施例用于說明本實(shí)用新型公開的正極極片及其制備方法。網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層漿料制備:將金屬銀線(直徑Ι.Ομπι長度50ym)、PVP、粘結(jié)劑PVDF、溶劑NMP按質(zhì)量比1:1:1:97混合均勻，粘度在200-1000Pa *s，將上述漿料涂覆在集流體上，涂層厚度2_10 μ m,烘烤，獲得涂覆有網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層的集流體。正極極片制備:秤取97克鈷酸鋰活性材料、I克碳纖維、3克粘結(jié)劑PVDF混合，加200克NMP攪拌，獲得活性材料漿料，將其涂覆在涂層漿料處理過的鋁集流體上，干燥溫度95°C，涂覆速度6m/min,獲得正極極片。電池制作:按下述方法制備負(fù)極極片:稱取95克娃碳復(fù)合材料,2.5克丁苯橡膠乳SBR, 1.5克羥甲基纖維素CMC，I克導(dǎo)電碳，加入適量的去離子水混合均勻，涂覆在9 μ m銅箔上制成電極，然后85°C真空烘烤8小時(shí)，極片水含量控制在200ppm以下。IM LiPF6, (EC:DMC:EMC體積比為1:1:1)的電解液，聚丙烯微孔膜為隔膜，按照工序:輥壓、沖切、疊片、干燥、注液、封口、化成、分容、靜置，制作成454261型號(hào)軟包電池。實(shí)施例3[0060]本實(shí)施例用于說明本實(shí)用新型公開的正極極片及其制備方法。網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層漿料制備:將VGCF、PVP、粘結(jié)劑PVDF、溶劑NMP按質(zhì)量比7:1:2:90混合均勻，粘度在200-1000Pa.s，將上述漿料涂覆在集流體上，涂層厚度2_10 μ m，烘烤，獲得涂覆有網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層的集流體。正極極片制備:秤取97克鈷酸鋰活性材料、I克銀線、3克粘結(jié)劑PVDF混合，加200克NMP攪拌，獲得活性材料漿料，將其涂覆在涂層漿料處理過的鋁集流體上，干燥溫度95°C，涂覆速度6m/min,獲得正極極片。電池制作:按下述方法制備負(fù)極極片:稱取95克娃碳復(fù)合材料,2.5克丁苯橡膠乳SBR, 1.5克羥甲基纖維素CMC，I克導(dǎo)電碳，加入適量的去離子水混合均勻，涂覆在9 μ m銅箔上制成電極，然后85°C真空烘烤8小時(shí)，極片水含量控制在200ppm以下。IM LiPF6, (EC:DMC:EMC體積比為1:1:1)的電解液，聚丙烯微孔膜為隔膜，按照工序:輥壓、沖切、疊片、干燥、注液、封口、化成、分容、靜置，制作成454261型號(hào)軟包電池。對(duì)比例I本對(duì)比例用于對(duì)比說明本實(shí)用新型公開的正極極片及其制備方法。網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層漿料制備:將CNT、PVP、粘結(jié)劑PVDF、溶劑NMP按質(zhì)量比6:1:2:91混合均勻，粘度在200-1000Pa.s，將上述漿料涂覆在集流體上，涂層厚度2_10 μ m，烘烤，獲得涂覆有網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層的集流體。正極 極片制備:秤取95克鈷酸鋰活性材料、2克Super-P、3克粘結(jié)劑PVDF混合，加200克NMP攪拌，獲得活性材料漿料，將其涂覆在涂層漿料處理過的鋁集流體上，干燥溫度95°C，涂覆速度6m/min,獲得正極極片。電池制作:按下述方法制備負(fù)極極片:稱取95克硅碳復(fù)合材料，2.5克丁苯橡膠乳SBR，1.5克羥甲基纖維素CMC，I克導(dǎo)電碳，加入適量的去離子水混合均勻，涂覆在9 μ m銅箔上制成電極，然后85°C真空烘烤8小時(shí)，極片水含量控制在200ppm以下。IM LiPF6, (EC:DMC:EMC體積比為1:1:1)的電解液，聚丙烯微孔膜為隔膜，按照工序:輥壓、沖切、疊片、干燥、注液、封口、化成、分容、靜置，制作成454261型號(hào)軟包電池。對(duì)比例2本對(duì)比例用于對(duì)比說明本實(shí)用新型公開的正極極片及其制備方法。電池制備方法與對(duì)比例I類似，不同的是，未制作網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層。性能測試對(duì)上述實(shí)施例1-3以及對(duì)比例1-2制備得到的電池進(jìn)行如下性能測試:1、電池容量測試將上述電池分別先用0.5C恒流充電至4.2V后再恒壓充電至電流為0.05C截止，然后以0.2C恒流放電至3.0V,以此放出的容量作為電池的容量。2、循環(huán)性能將電池分別以IC電流充電至4.2V，在電壓升至4.2V后以恒定電壓充電，截止電流為0.05C。然后將電池以IC電流進(jìn)行放電，每進(jìn)行一次充電和放電即為一次循環(huán)，電池進(jìn)行300次循環(huán)后，得到300次循環(huán)后的容量與首次循環(huán)的容量比值即為容量保持率。[0084]3、倍率性能以IC的電流充電至4.2V，在電壓升至4.2V后以恒定電壓充電，截止電流為
0.05C。擱置20分鐘后，分別以2C的電流放電至3.0V ;采用同樣的過程，依次分別以1C、
0.5C、0.1C的電流放電至3.0V ;并分別記錄每只每次放電容量。然后分別計(jì)算各電流(即0.1C、0.5C、1C、2C)放電容量與0.1C的電流放電容量的比值，以此評(píng)價(jià)電池的倍率放電性能，該比值越大，說明倍率放電性能越好。得到的測試結(jié)果如表I和表2所示。表I
權(quán)利要求1.一種正極極片，其特征在于，包括依次層疊的正極集流體、網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層和正極活性層；所述網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層為包括線狀導(dǎo)電材料緩沖層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極極片，其特征在于，所述線狀導(dǎo)電材料緩沖層為碳納米管緩沖層、碳纖維緩沖層、鋼纖維緩沖層、銀線緩沖層、鉬線緩沖層及導(dǎo)電高分子材料緩沖層中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的正極極片，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層厚度為2—10 u ITio
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的正極極片，其特征在于，所述正極集流體為鋁網(wǎng)或鋁箔。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的正極極片，其特征在于，所述正極集流體兩面均具有網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層。
6.—種電池,包括電池殼體以及位于電池殼體內(nèi)部的電芯組件和電解液，所述電芯組件包括依次層疊的正極極片、隔膜和負(fù)極極片，其特征在于，所述正極極片為權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的正極極片。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電池，其特征在于，所述負(fù)極極片包括負(fù)極集流體及附著于負(fù)極集流體上的負(fù)極材料；所述負(fù)極材料為碳碳合金負(fù)極材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7 所述的電池，其特征在于，所述負(fù)極集流體為銅箔。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種正極極片，其特征在于，包括依次層疊的正極集流體、網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層和正極活性層；所述網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層為包括線狀導(dǎo)電材料緩沖層。同時(shí)，本實(shí)用新型還公開了采用該正極極片的合金負(fù)極電池。本實(shí)用新型公開的正極極片在使用過程中因合金負(fù)極膨脹導(dǎo)致的龜裂顯著減少，及龜裂后電池的循環(huán)性能和倍率放電性能改善。
文檔編號(hào)H01M10/0525GK203119028SQ201220671980
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月7日
發(fā)明者王濤 申請(qǐng)人:深圳市海太陽實(shí)業(yè)有限公司