CN102903892A - 一种工业用储能型锂电池极片的制作方法 - Google Patents

一种工业用储能型锂电池极片的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种工业用储能型锂电池极片的制作方法，涉及锂电池制作技术领域。通过在电池集流体表面先涂覆导电层再涂覆活性物质，以及在正极磷酸铁锂活性物质中添加高电压平台型（LiNixCoyMnz或LiNixCoyAlz）材料的方法对电极进行修饰，大幅度提高了电池长期循环内阻的稳定性和初始恒功率放电电压稳定性，进而提高电池循环寿命，满足智能电网的使用要求。

Description

一种工业用储能型锂电池极片的制作方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池的制作，特别是一种工业用储能型锂电池极片的制作方法。
背景技术
人们日常生活中使用的锂电池产品绝大多数用于数码和通信产品中，少部分用于电动车代步工具中，这些产品的电池均属于民用级，对电池循环寿命的要求相对较低（300-2000次），使用寿命3-5年，最多不超过10年。
但是目前国家在智能电网的投资建设中，需要一种工业用长寿命锂电池，要求日历寿命达到15年以上，使用寿命达到5500次以上（每天进行一次充放电），主要是对分布式能源接入智能电网，进行调峰调频和功率平抑。根据现有锂电池极片的制作工艺，直接在集流体上涂覆活性物质，无法达到智能电网的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能提高锂电池循环寿命，满足智能电网使用要求的工业用储能型锂电池极片的制作方法。
本发明的技术方案是：工业用储能型锂电池极片的制作方法，包括在集流体上涂覆活性物质，其改进之处是在集流体上先涂覆导电层，再在导电层上涂覆活性物质，所述导电层的物料中各组分及其质量百分比为：导电石墨85%～97.5%、PVDF粘接剂2.5%～15%，所述活性物质中添加高电压平台型材料LiNixCoyMnz或LiNixCoyAlz对电极进行修饰，其中X、Y、Z之和为1。
所述导电层的物料制备及涂覆过程是：
（1）称取导电石墨和PVDF，分别置于真空干燥烘箱中，在80～120℃温度下烘烤12～24小时，烘烤后等温度降至50℃取出；
（2）将干燥好的PVDF加入NMP溶剂，前后二者的质量比为1：（5～20），在真空混料机中以25～40Hz的转速搅拌5～10小时，制得PVDF浆料；
（3）再将干燥好的导电石墨加入PVDF浆料，在真空搅拌设备中以15～25Hz的转速搅拌5～10小时，搅拌结束以-0.075Mpa～-0.085Mpa的真空度保持25～35min进行消气处理；
（4）最后用印刷涂布机，通过挤压方法将以上制得的物料涂覆到集流体上，涂覆的材料单面面密度为1～1.5g/㎡，辊压后厚度为1～5μm。
所述活性物质各组分及质量百分比为：LiFePO4 75%～96%，高电压平台型材料0.5%～15%，PVDF2.5%～15%。
 由于该印刷涂覆的石墨层极薄且均匀、细腻，能与粗糙的集流体金属表面相吻合，提供极佳的静态导电性能，收集活性物质的微电流，从而可以大幅度的降低电极活性物质与集流体之间的接触电阻，并能提高两者之间的附着能力，由于通过涂覆导电层，提高了电池内阻的稳定性，减少了电池充放电过程的温升引起的电池鼓胀，从而大幅度的增加了电池的循环寿命。
在选用高电压修饰性材料方面，可以选择LiNixCoyMnz或LiNixCoyAlz等材料，由于这些材料与正极磷酸铁锂（LiFePO4）材料3.2V放电平台相比具有较高的放电电压平台（可以达到3.5～3.6V），因而电池在高电位瞬时恒功率放电时，可以起到维持电池初始稳定放电特性（说明：配合电网使用的储能电站一般进行恒功率发功）。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。
（1）导电层物料制备及涂覆
用电子天平称取900g的导电石墨粉，称取100g的PVDF，分别盛入到配料器皿中，然后统一放置到真空干燥烘箱中，设置烘箱温度：100℃，烘烤时间：15h，烘烤结束后等到烘箱温度降低到50℃，取出原材料。
再制备粘接剂，把 700g的NMP溶剂添加到5L的真空混料机中，然后把干燥好的PVDF加入到其中，用30HZ的转速进行8h的搅拌处理。 
接着把干燥好的导电石墨，用器皿转移到已经制备好PVDF浆料的5L抽真空搅拌设备中，再用20HZ的转速进行8h的搅拌处理，搅拌结束用表压-0.075MPa～-0.085MPa的真空度保持真空30min进行消除气泡处理。
最后用印刷涂布机，通过挤压的方法将上述制备的物料涂覆到集流体上，要求涂覆的材料单面面密度在1～1.5g/m2，辊压后厚度分别为1、3、5μm。
（2）活性物质制备  物料配比wt%：LiFePO4 85%，LiNi0.33Co0.33Al0.33：7%，PVDF（粘接剂）：8%。
具体操作与现有技术相同，将活性物质涂覆在导电层上。
（3）涂覆层对电池内阻稳定性的影响
采用相同型号的10Ah（1865140）磷酸铁锂电池作对比试验，对正极涂覆导电层平均厚度分别为：1μm、3μm、5μm 的电池；与未进行涂覆处理的1 ＃ ～5 ＃ 电池，进行1000次循环前后内阻涨幅对比。
  实际测试数据如下：
Figure 7667DEST_PATH_IMAGE001
说明：电池的内阻随着电池循环寿命的增加，都有不同程度的增长，但是经过导电层涂覆的电池其增长的幅度远远（10倍以上）小于未涂覆导电层的电池。

Claims (3)

1.一种工业用储能型锂电池极片的制作方法，包括在集流体上涂覆活性物质，其特征是在集流体上先涂覆导电层，再在导电层上涂覆活性物质，所述导电层的物料中各组分及其质量百分比为：导电石墨85%～97.5%、PVDF粘接剂2.5%～15%，所述活性物质中添加高电压平台型材料LiNixCoyMnz或LiNixCoyAlz对电极进行修饰，其中X、Y、Z之和为1。
2.根据权利要求1所述的一种工业用储能型锂电池极片的制作方法，其特征在于：所述导电层的物料制备及涂覆过程是：
（1）称取导电石墨和PVDF，分别置于真空干燥烘箱中，在80～120℃温度下烘烤12～24小时，烘烤后等温度降至50℃取出；
（2）将干燥好的PVDF加入NMP溶剂，前后二者的质量比为1：（5～20），在真空混料机中以25～40Hz的转速搅拌5～10小时，制得PVDF浆料；
（3）再将干燥好的导电石墨加入PVDF浆料，在真空搅拌设备中以15～25Hz的转速搅拌5～10小时，搅拌结束以-0.075Mpa～-0.085Mpa的真空度保持25～35min进行消气处理；
（4）最后用印刷涂布机，通过挤压方法将以上制得的物料涂覆到集流体上，涂覆的材料单面面密度为1～1.5g/㎡，辊压后厚度为1～5μm。
3.根据权利要求1所述的一种工业用储能型锂电池极片的制作方法，其特征在于：所述活性物质各组分及质量百分比为：LiFePO4 75%～96%，高电压平台型材料0.5%～15%，PVDF2.5%～15%。
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