CN113224294B - 一种双离子电池正极配方及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种双离子电池正极配方及应用，涉及双离子电池技术领域。以重量分数计，配方包括：87‑95％活性物质、0.1‑1％碳纳米管导电剂、1‑5％导电碳、2‑6％粘结剂以及1‑7％增柔剂。通过本发明实施例的技术方案，能够使双离子电池正极的单面面密度由现有技术的9mg/cm2提升到15‑30mg/cm2；单只电池设计容量提升53％；同时解决高面密度石墨正极涂敷过程中卷边、裂纹、断带等问题，粘接强度得到明显提升。

Description

一种双离子电池正极配方及应用
技术领域
本发明涉及双离子电池技术领域，尤其涉及一种双离子电池正极配方及应用。
背景技术
现有双离子电池正极配方通常包含活性物质(石墨)、导电碳黑(Super-P)、导电石墨(KS-6)、粘合剂(CMC-SBR)以及溶剂。正极所用石墨类材料其插嵌阴离子的电压通常在4.5V vs.Li+/Li以上，是一种新兴的高电压、低成本储能体系。然而，石墨正极插嵌阴离子克容量仅为其插嵌锂离子客容量的1/3。受此影响，双离子电池石墨正极对涂敷面密度、粘结剂的粘接强度等参数都提出严苛要求，现有CMC-SBR体系的水性粘接剂在涂布高面密度极片时容易出现裂纹、卷边的现象，充放电时也容易出现正极活性物质剥离等问题，无法满足电池高电压要求，影响到电池容量、循环等综合性能。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题是现有双离子电池的正极敷料面密度低、容量低、涂敷过程中极片卷边、裂纹、断带以及粘接力差的问题。
为了解决上述问题，本发明实施例提出如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提出一种双离子石墨电池正极材料配方，以重量百分数计，包括：87-95％活性物质、0.1-1％碳纳米管导电剂、1-5％导电碳、2-6％粘结剂以及1-7％增柔剂。
其进一步的技术方案为，所述活性物质为石墨。
其进一步的技术方案为，所述碳纳米管导电剂包括CNT以及ACNT。
其进一步的技术方案为，所述粘结剂包括LA133以及LA136D。
其进一步的技术方案为，所述增柔剂为EC、PC以及NMP中的至少一种。
其进一步的技术方案为，所述导电碳为Super-P。
第二方面，本发明实施例提出一种双离子电池正极的制备方法，包括：
S1，通过第一方面所述的双离子石墨电池正极材料配方以及去离子水制备敷料；
S2，将所述浆料均匀涂覆在集流体上，并干燥。
其进一步的技术方案为，所述敷料的粘度为3000-5000cps。
在其他实施例中，在本发明实施例提出的双离子电池正极配方的基础上，制备浆料时还额外加入分散剂，分散剂的用量为双离子电池正极配方总量的0.3-0.7％。
第三方面，本发明实施例提出一种双离子电池正极，所述双离子电池正极由第二方面所述的方法制备得到。
第四方面，本发明实施例提出如第三方面所述的双离子电池正极在制备双离子电池中的应用。
与现有技术相比，本发明实施例所能达到的技术效果包括：
通过应用本发明实施例的技术方案，能够使得双离子电池正极的单面敷料面密度由现有技术的9mg/cm2，提升到敷料面密度15mg/cm2--30mg/cm2；单只电池整体设计容量相比于现有技术提升53％；同时解决了石墨双离子电池涂敷高面密度过程中卷边、裂纹、断带问题，粘接力也得到了提升。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1制备的双离子电池正极的电镜图；
图2为实施例1的容量分布图；
图3为实施例2制备的双离子电池正极的电镜图；
图4为实施例2的容量分布图；
图5为实施例3制备的双离子电池正极的电镜图；
图6为实施例3的容量分布图；
图7为实施例3制备的双离子电池正极的另一电镜图；
图8对比例制备的双离子电池正极的电镜图；
图9为实施例3制备的双离子电池正极的划割器菱形测试结果图；
图10为对比例制备的双离子电池正极的划割器菱形测试结果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，附图中类似的组件标号代表类似的组件。显然，以下将描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本发明实施例说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明实施例。如在本发明实施例说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
对比例(现有技术配方)
双离子电池正极配方：95％活性物质(石墨)、导电碳1％(Super-P)、2.5％粘结剂(SBR)以及1.5％溶剂(CMC)。
通过上述双离子电池正极配方制备浆料涂覆到集流体上干燥后得到双离子电池正极。
实施例1
双离子电池正极配方：92％活性物质(石墨)、1％碳纳米管导电剂(包含固态碳纳米管CNT、ACNT)、2.5％导电碳(Super-P)、1.0％粘结剂(LA133)、1％粘结剂(LA136D)、1％增柔剂(EC以及PC)以及1.5％增柔剂(NMP)。
制备浆料时，额外加入分散剂0.5％，分散剂可具体为水性导电炭黑分散剂。
双离子电池正极的制备方法，包括如下步骤：
S1，通过双离子电池正极配方以及去离子水制备浆料。
具体地，先将去离子水与粘结剂(LA133以及LA136D)预混合制备胶液；将碳纳米管导电剂、导电碳、增柔剂(EC以及PC)、增柔剂(NMP)以及分散剂预混合得到溶液；将胶液、溶液以及剩余物料均匀混合后得到浆料。
去离子水用于调节粘度，其用量根据浆料的粘度来确定。本发明中，敷料的粘度控制在3000-5000cps；例如，本实施例中，浆料的粘度控制4000cps。
S2，将所述浆料均匀涂覆在集流体上，并干燥。
通过以上方法制备得到的双离子电池正极的面密度及容量的对比结果如下
表1：
Figure BDA0003046984070000041
表1实施例1与对比例的容量和面密度对比表
参见图1-2，图1为实施例1制备的双离子电池正极的电镜图。图2为实施例1的容量分布图。
基于上述测试结果可知，实施例1面密度提升40％，容量提升30％；涂敷过程中无卷边、裂纹、断带等问题。
实施例2
双离子电池正极配方：89％活性物质(石墨)、1％碳纳米管导电剂(包含固态碳纳米管CNT、ACNT)、2.5％导电碳(Super-P)、2.0％粘结剂(LA133)、2％粘结剂(LA136D)、2％增柔剂(EC以及PC)、3％增柔剂(NMP)。
制备敷料时，额外加入分散剂0.5％，分散剂可具体为水性导电炭黑分散剂。
双离子电池正极的制备方法参照实施例1，对此不再赘述。
通过以上方法制备得到的双离子电池正极的面密度及容量的对比结果如下
表2：
Figure BDA0003046984070000042
Figure BDA0003046984070000051
表2实施例2与对比例的容量和面密度对比表
参见图3-4，图3为实施例2制备的双离子电池正极的电镜图。图4为实施例2的容量分布图。
基于上述测试结果可知，实施例2面密度提升55％，容量提升44％；涂敷过程中无卷边、裂纹、断带等问题。
实施例3
双离子电池正极配方：88.5％活性物质(石墨)、1％碳纳米管导电剂(包含固态碳纳米管CNT、ACNT)、2.5％导电碳(Super-P)、2.0％粘结剂(LA133)、2％粘结剂(LA136D)、2％增柔剂(EC以及PC)、2％增柔剂(NMP)。
制备敷料时，额外加入分散剂0.5％，分散剂可具体为水性导电炭黑分散剂。
双离子电池正极的制备方法参照实施例1，对此不再赘述。
通过以上方法制备得到的双离子电池正极的面密度及容量的对比结果如下
表3：
Figure BDA0003046984070000052
表3实施例3与对比例的容量和面密度对比表
参见图5-7，图5、图7为实施例3制备的双离子电池正极的电镜图。图6为实施例3的容量分布图。
基于上述测试结果可知，实施例3面密度提升70％，容量提升53％；涂敷过程中无卷边、裂纹、断带等问题。
参见图8，图8对比例制备的双离子电池正极的电镜图。可见，对比例中存在开裂现象。
本发明实施例中，由粘结剂(LA133以及粘结剂(LA136D)经再次加工得到复配电解液，复配电解液提升了粘接效果。
参见图9-10可知，使用划割器菱形测试，发现本发明实施例中粘接效果明显提升。
其中，图9为实施例3制备的双离子电池正极的划割器菱形测试结果图；
图10为对比例制备的双离子电池正极的划割器菱形测试结果图。
本发明实施例提供上述实施例制备的双离子电池正极在制备双离子电池的应用。
本发明能够达到的技术效果包括：
1、单面敷料面密度由9mg/cm2，提升到敷料面密度15mg/cm2--30mg/cm2。
2、单只电池整体设计容量提升53％。
3、解决了石墨双离子电池涂敷高面密度涂敷问题及过程中极片卷边、裂纹、断带问题。
4、提升粘接力。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，尚且本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
以上所述，为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种双离子电池正极的制备方法，其特征在于，包括：
S1，向双离子电池正极配方中加入去离子水进行制备浆料；制备浆料时，还额外加入分散剂，分散剂用量为双离子电池正极配方总量的0.3-0.7%；
S2，将所述浆料均匀涂覆在集流体上，并干燥；
所述双离子电池正极配方，以重量百分数计，由87-95%活性物质、0.1-1%碳纳米管导电剂、1-5%导电碳、2-6%粘结剂以及1-7%增柔剂组成；
所述活性物质为石墨；所述碳纳米管导电剂为CNT以及ACNT；所述粘结剂为LA133以及LA136D；所述增柔剂为EC、PC以及NMP；所述导电碳为Super-P；
所述分散剂为水性导电炭黑分散剂。
2.根据权利要求1所述的双离子电池正极的制备方法，其特征在于，所述浆料的粘度为3000-5000 cps。
3.一种双离子电池正极，其特征在于，由权利要求1-2任一项所述的方法制备得到。
4.根据权利要求3所述的双离子电池正极在制备双离子电池中的应用。
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