CN110071292B - 一种锂离子电池正极极片的制备方法及其正极极片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池正极极片的制备方法及其正极极片，制备包括以下步骤：将正极活性物质、粘结剂和第一导电剂按一定比例溶于N‑甲基吡咯烷酮中，制备第一正极浆料；然后将将正极活性物质、粘结剂和第二导电剂按一定比例溶于N‑甲基吡咯烷酮中，制备第二正极浆料；将第一正极浆料涂覆在光铝箔两侧面，烘干后将第二正极浆料均匀涂覆于第一正极浆料的外侧，再烘干后制成锂离子电池正极极片，其中第一导电剂采用导电性能好的导电剂，第二导电剂采用不影响离子传输的导电剂。通过双层涂布，铝箔基材可取消涂炭层，直接采用光铝箔，既增加了电芯的能量密度同时又改善了电芯的动力学及循环性能。

Description

一种锂离子电池正极极片的制备方法及其正极极片
技术领域
本发明属于锂离子电池正极材料领域，具体涉及一种锂离子电池正极极片的制备方法及其正极极片。
背景技术
随着我国新能源事业的蓬勃发展，锂离子电池由于其高能量密度和较长的循环寿命等优点已成为电动汽车和大型储能设备的电池***首选。近年来，随着锂电池应用市场的不断发展，客户端对锂离子电池性能的要求也在不断提升，尤其对动力电芯的能量密度的要求越来越高，在同等条件下，高的能量密度能够有效地增加车辆的续航里程，故提高电池的能量密度，研发动力型的锂离子电池成为目前的重中之重，因此电池材料就成为了制约上述性能的关键。
电芯在制作过程中，如果将正极活性物质浆料直接涂覆在光铝箔上，活性物质材料和铝箔的接触电阻会较大，动力学性能差且循环寿命较差，为了弥补这一缺陷，目前一般采用涂炭铝箔，即在铝箔表面先涂导电炭层再在导电炭层表面涂极活性物质浆料，这样虽然提高了动力学性能但同时牺牲了能量密度。
发明专利CN 109546080 A公布了一种正极极片、及其制备方法和用途，其中正极极片包括集流体和在所述集流体一侧依次设置的第一电极材料层和第二电极材料层；所述第一电极材料层内导电剂为第一导电剂，所述第二电极材料层内导电剂为第二导电剂，其中第一导电剂的导电率＞第二导电剂的导电率，其正极材料为镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂，而在现有技术中镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂为活性材料的铝箔是不需要涂炭层的，可以直接将正极浆料涂覆于光铝箔上。
发明专利CN 109004171 A公布了一种正极极片和锂离子电池，正极极片包括：集流体、第一活性物质层和以及第二活性物质层，其中，第一活性物质层设置于集流体和第二活性物质层之间，第一活性物质层和第二活性物质层均包括粘结剂，第一活性物质层中的粘结剂含量大于第二活性物质层中的粘结剂含量，保证了锂离子电池的能量密度，又起到提升活性物质层粘结力和改善锂离子电池的穿钉安全性能的目的。
发明内容
为了克服现有技术中的问题，本发明提供一种锂离子电池正极极片的制备方法及其正极极片。本发明取消涂炭铝箔，采用光铝箔作为集流体，并在光铝箔两侧面内层涂布导电性能好的导电剂与粘结剂和活性物质组成的浆料，外层涂布不影响离子传输的导电剂与粘结剂和活性物质组成的浆料，提高电芯能量密度的同时，又改善动力学及循环性能。
为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种锂离子电池正极极片的制备方法，包括以下步骤：
S1、将正极活性物质、粘结剂和第一导电剂按质量比为(96～97):(2～3):1溶于N-甲基吡咯烷酮中，混合搅拌均匀，得到第一正极浆料，其中第一导电剂为CNT、石墨烯、VGCF中的一种或者多种的混合；
S2、将正极活性物质、粘结剂和第二导电剂按质量比为(96～96.5):(2～2.5):1.5溶于N-甲基吡咯烷酮中，混合搅拌均匀，得到第二正极浆料，其中第二导电剂为石墨、炭黑，乙炔黑中的一种或者多种的混合；
S3、将步骤S1得到的第一正极浆料均匀涂覆在光铝箔两侧面，烘干后将步骤S2得到的第二正极浆料均匀涂覆于第一正极浆料的外侧，再烘干后制成锂离子电池正极极片；
其中，第一导电剂的导电率大于第二导电剂的导电率。
进一步地，所述第一导电剂为CNT、石墨烯、VGCF中的一种或者多种的混合，所述第二导电剂为石墨、炭黑，乙炔黑中的一种或者多种的混合。
进一步地，所述第一正极浆料和第二正极浆料中的固含量为45～55％。
进一步地，所述步骤S1中的正极活性物质为磷酸铁锂、磷酸锰铁锂中的一种或两种的混合。
进一步地，所述步骤S1中的正极活性物质为磷酸铁锂。
进一步地，所述步骤S1中的粘结剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的一种或两种。
进一步地，所述步骤S1中的粘结剂为聚偏氟乙烯。
进一步地，所述第一正极浆料涂布重量为0.3～20g/cm2。
进一步地，所述第二正极浆料涂布重量为25～40g/cm2。
根据上述方法制备的的锂离子电池正极极片，所述正极极片包括光铝箔，设置在光铝箔两侧面的第一正极浆料层和设置在第一正极浆料层外侧的第二正极浆料层。
CNT的英文全称是Carbon Nanotube，中文名称是碳纳米管，其具有特殊的电子导电性，作为电极材料导电剂制成锂离子电池；VGCF英文全称为Vapor Grown Carbon Fiber，中文名称气相生长碳纤维，用于电极材料导电剂。
本发明的主要过程是在光铝箔的表面涂覆两层正极浆料，其中内层涂布浆料采用导电性能好的导电剂与粘结剂和活性物质，目的为降低箔材和活性物质的电子接触阻抗；外层涂布浆料采用不影响离子传输的导电剂与粘结剂和活性物质，目的为降低锂离子在活性物质间传输的离子阻抗，无位阻效应且成本低。
本发明的有益效果如下：
(1)现有技术中采用了镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂为正极材料，加入粘结剂和导电剂制备正极材料，分两层涂布，区别为第一电极材料层的导电剂的导电率大于第二电极材料层的导电剂的导电率，但以镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂制备的正极浆料涂覆铝箔时，光铝箔是不需要涂炭层的，本发明以磷酸锰铁锂和磷酸铁锂为正极活性物质，正常情况下铝箔需要涂碳层，本发明通过制备两层涂布层，其中内层选用导电性能好的导电剂，而外层采用不影响离子传输的导电剂，通过这两层涂布，可以取消铝箔的涂炭层，既能提高电芯能量密度，又能改善动力学及循环性能，相比于镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂，磷酸锰铁锂和磷酸铁锂售价便宜，安全性好，循环寿命更长。
(2)本发明中克服了现有技术中采用涂炭铝箔制备正极极片的技术，采用光铝箔作为集流体，并在光铝箔两侧面内层涂布导电性能好的导电剂与粘结剂和活性物质组成的浆料，降低箔材和活性物质的电子接触阻抗，取消涂炭层，内层导电剂采用CNT、石墨烯、VGCF中的一种或者多种的混合，增加了活性材料的利用率，外层涂布不影响离子传输的导电剂与粘结剂和活性物质组成的浆料，导电剂为石墨、炭黑，乙炔黑中的一种或者多种的混合，不仅降低锂离子在活性物质间传输的离子阻抗，无位阻效应而且成本较低。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。
实施例1
步骤S1：将磷酸铁锂、粘结剂PVDF和第一导电剂CNT按照97：2：1的质量比溶于溶剂N-甲基吡咯烷酮中，其中固含量为50％，混合搅拌均匀，制成第一正极浆料。
步骤S2：将磷酸铁锂、粘结剂PVDF和第二导电剂石墨按照96.5：2：1.5的质量比溶于溶剂N-甲基吡咯烷酮中，其中固含量50％，混合搅拌均匀，制成第二正极浆料。
步骤S3：将步骤S1得到的第一正极浆料均匀涂覆在光铝箔两侧面，涂布重量为5g/cm2，烘干后将步骤S2得到的第二正极浆料均匀涂覆于第一正极浆料的外侧，涂布重量为33g/cm2，再烘干后制成锂离子电池正极极片。
实施例2
步骤S1：将磷酸铁锂、粘结剂PVDF和第一导电剂CNT按照96：3：1的质量比溶于溶剂N-甲基吡咯烷酮中，其中固含量为45％，混合搅拌均匀，制成第一正极浆料。
步骤S2：将磷酸铁锂、粘结剂PVDF和第二导电剂石墨按照96：2.5：1.5的质量比溶于溶剂N-甲基吡咯烷酮中，其中固含量45％，混合搅拌均匀，制成第二正极浆料。
步骤S3：将步骤S1得到的第一正极浆料均匀涂覆在光铝箔两侧面，涂布重量为0.3g/cm2，烘干后将步骤S2得到的第二正极浆料均匀涂覆于第一正极浆料的外侧，涂布重量为25g/cm2，再烘干后制成锂离子电池正极极片。
实施例3
步骤S1：将磷酸铁锂、粘结剂PVDF和第一导电剂VGCF按照96.5：2.5：1的质量比溶于溶剂N-甲基吡咯烷酮中，其中固含量为55％，混合搅拌均匀，制成第一正极浆料。
步骤S2：将磷酸铁锂、粘结剂PVDF和第二导电剂乙炔黑按照96：2.5：1.5的质量比溶于溶剂N-甲基吡咯烷酮中，其中固含量55％，混合搅拌均匀，制成第二正极浆料。
步骤S3：将步骤S1得到的第一正极浆料均匀涂覆在光铝箔两侧面，涂布重量为20g/cm2，烘干后将步骤S2得到的第二正极浆料均匀涂覆于第一正极浆料的外侧，涂布重量为40g/cm2，再烘干后制成锂离子电池正极极片。
实施例4
步骤S1：将磷酸铁锂、粘结剂PVDF和第一导电剂CNT和石墨烯的混合物按照97：2：1的质量比溶于溶剂N-甲基吡咯烷酮中，其中固含量为55％，混合搅拌均匀，制成第一正极浆料。
步骤S2：将磷酸铁锂、粘结剂PVDF和第二导电剂石墨和炭黑的混合物按照96.5：2：1.5的质量比溶于溶剂N-甲基吡咯烷酮中，其中固含量55％，混合搅拌均匀，制成第二正极浆料。
步骤S3：将步骤S1得到的第一正极浆料均匀涂覆在光铝箔两侧面，涂布重量为5g/cm2，烘干后将步骤S2得到的第二正极浆料均匀涂覆于第一正极浆料的外侧，涂布重量为28g/cm2，再烘干后制成锂离子电池正极极片。
实施例5
步骤S1：将磷酸铁锂、粘结剂PVDF和第一导电剂VGCF和石墨烯的混合物按照96：3：1的质量比溶于溶剂N-甲基吡咯烷酮中，其中固含量为50％，混合搅拌均匀，制成第一正极浆料。
步骤S2：将磷酸铁锂、粘结剂PVDF和第二导电剂乙炔黑和炭黑的混合物按照96.5：2：1.5的质量比溶于溶剂N-甲基吡咯烷酮中，其中固含量50％，混合搅拌均匀，制成第二正极浆料。
步骤S3：将步骤S1得到的第一正极浆料均匀涂覆在光铝箔两侧面，涂布重量为15g/cm2，烘干后将步骤S2得到的第二正极浆料均匀涂覆于第一正极浆料的外侧，涂布重量为36g/cm2，再烘干后制成锂离子电池正极极片。
将实施例1-5制备的正极极片进行辊压、模切、叠片后制作7688190model的软包电池。
对比例1
将磷酸铁锂、粘结剂PVDF和导电剂SP按照96.5：2：1.5的质量比溶于N-甲基吡咯烷酮中，其中固含量为50％，混合搅拌均匀，制成正极浆料，将正极浆料均匀涂覆在光铝箔上，烘干制成正极极片,涂布重量为33g/cm2，然后进行辊压、模切、叠片后制作7688190model的软包电池。
对比例2
将磷酸铁锂、粘结剂PVDF和导电剂SP按照96.5：2：1.5的质量比溶于N-甲基吡咯烷酮中，其中固含量为50％，混合搅拌均匀，制成正极浆料，将正极浆料均匀涂覆在涂炭铝箔上，烘干制成正极极片,涂布重量为33g/cm2，然后进行辊压、模切、叠片后制作7688190model的软包电池。
将实施例1-5和对比例1-2制备的软包电池的性能进行比较，结果如下表所示：
Figure GDA0002077847490000061
如表可知，与对比例1-2相比，本发明的实施例1-5具有如下特点:本发明实施例制备的软包电池能量密度较现在的涂炭铝箔涂布设计(对比例2)高2Wh/Kg。电芯内阻和常温循环性能较常规的光箔涂布设计(对比例1)改善很明显，与现有的涂炭铝箔涂布设计(对比例2)的较为接近。
本发明制备的正极极片取消了涂炭铝箔而直接利用光铝箔作为集流体，采用双层涂布技术，既增加了了电芯的能量密度同时又改善了电芯的动力学及循环性能。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只限于这些说明。对于本发明所属领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种锂离子电池正极极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将正极活性物质、粘结剂和第一导电剂按质量比为(96～97):(2～3):1溶于N-甲基吡咯烷酮中，混合搅拌均匀，得到第一正极浆料；
S2、将正极活性物质、粘结剂和第二导电剂按质量比为(96～96.5):(2～2.5):1.5溶于N-甲基吡咯烷酮中，混合搅拌均匀，得到第二正极浆料；
S3、将步骤S1得到的第一正极浆料均匀涂覆在光铝箔两侧面，所述第一正极浆料涂布重量为0.3～20g/cm2，烘干后将步骤S2得到的第二正极浆料均匀涂覆于第一正极浆料的外侧，所述第二正极浆料涂布重量为25～40g/cm2，再烘干后制成锂离子电池正极极片；
其中，第一导电剂的导电率大于第二导电剂的导电率；所述第一导电剂为CNT、石墨烯、VGCF中的一种或者多种的混合，所述第二导电剂为石墨、炭黑，乙炔黑中的一种或者多种的混合；步骤S1中的正极活性物质为磷酸铁锂、磷酸锰铁锂中的一种或两种的混合；步骤S1中的粘结剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的一种或两种。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极极片的制备方法，其特征在于，所述第一正极浆料和第二正极浆料中的固含量为45～55％。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池正极极片的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的正极活性物质为磷酸铁锂。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池正极极片的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的粘结剂为聚偏氟乙烯。
5.根据权利要求1所述方法制备的锂离子电池正极极片，其特征在于，所述正极极片包括光铝箔，设置在光铝箔两侧面的第一正极浆料层和设置在第一正极浆料层外侧的第二正极浆料层。
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