專利名稱：一種鋰離子電池正極或負(fù)極極片及其涂布方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池正極或負(fù)極極片及其涂布方法。
背景技術(shù)：
鋰離子電池是最新一代的綠色高能充電電池，于19卯年首次由日本SONY公司研 制成功，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，鋰離子電池的能量密度與容量不斷增加，鋰離子 電池以其優(yōu)越的性能逐漸取代鎳鎘電池和鎳氫電池，成為便攜式電子設(shè)備的首選充電 電池，在攝像機、數(shù)碼相機、手機及筆記本電腦、電動汽車、空間技術(shù)、國防工業(yè)等 諸多方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
鋰離子電池雖然性能比較優(yōu)越，但在制作工藝上，還存在一些問題，對電池的制 作和性能造成一些不良影響，如電池電極極片容易掉粉，導(dǎo)致電池的容量低、循環(huán)壽 命差、內(nèi)阻大、生產(chǎn)原材料成本高等?，F(xiàn)解決此類問題最常用的方法是增加或改善粘 結(jié)劑和導(dǎo)電劑的用量，但粘結(jié)劑的用量增加會使電池的內(nèi)阻大增大、比容量減少、循 環(huán)壽命差、生產(chǎn)原材料成本高等影響，導(dǎo)電劑的用量會有類似的情況。因此，是為了 優(yōu)化鋰離子電池性能，提高其市場競爭力，避免在漿料的過程中加入大量的粘結(jié)劑， 并且使其在涂布以及制片的過程中不再出現(xiàn)掉粉的現(xiàn)象，使電極活性材料在漿料中的 含量增加，從而使電池的比容量增加。本發(fā)明針對鋰離子電池正負(fù)極極片在涂布方面 存在的一些技術(shù)上缺陷，提供一種新的涂布方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了優(yōu)化鋰離子電池性能，提高其市場競爭力，根據(jù)鋰離子電池 正負(fù)極極片存在的一些技術(shù)上缺陷，提供一種新的鋰離子電池正極或負(fù)極極片及其涂 布方法。使電極漿料中密度小、比表面積大的材料能夠更好的與箔材粘結(jié)在一起，避 免電池在裝配以及循環(huán)過程中的出現(xiàn)掉粉現(xiàn)象，降低電池內(nèi)阻，提髙活性物質(zhì)的利用 率，改善電池性能。
本發(fā)明的目的通過下述方式實現(xiàn)的。
一種鋰離子電池正、負(fù)極極片，所述的JH、負(fù)極極片依次由箔材、導(dǎo)電膠薄層、 電極活性材料層組成，導(dǎo)電膠薄層厚度為5 10拜。
所述正、負(fù)極片的導(dǎo)電膠薄層包括導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和溶劑。 正極極片導(dǎo)電膠薄層中，所述導(dǎo)電劑至少包括納米碳纖維、碳納米管、納米銀粉、 納米銅粉、納米鎳粉、乙炔黑、導(dǎo)電碳黑、石黑粉、導(dǎo)電聚合物中的一種粘結(jié)劑至 少包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯中的一種溶劑為N-甲基吡咯烷酮。
所述負(fù)極極片導(dǎo)電膠薄層中，所述導(dǎo)電劑至少包括納米碳纖維、碳納米管、納米 銀粉、納米銅粉、納米鎳粉、乙炔黑、導(dǎo)電碳黑、石黑粉、導(dǎo)電聚合物中的一種粘 結(jié)劑至少包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯中的--種溶劑為N-甲基吡咯烷酮、純水 中的一種粘合劑至少包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、CMC、 SBR中的一種。 導(dǎo)電膠中的粘結(jié)劑和溶劑按質(zhì)量比l: 8-12混合。
所述一種鋰離子電池正、負(fù)極極片的涂布方法，
1) 導(dǎo)電膠薄層的制備，將粘結(jié)劑和溶劑混合加入到攪拌鍋內(nèi)，高速攪拌混合均勻 后，再加入所需的導(dǎo)電劑，攪拌混合均勻后制成導(dǎo)電膠乳液；將導(dǎo)電膠加入料槽內(nèi)， 調(diào)整涂布機的刀表間隙，使得在箔材表面形成一層5 l(Hun的膠層，經(jīng)過加熱裝置， 使得箔材表面形成一層與箔材粘結(jié)牢固、表面粗糙不平的導(dǎo)電膠薄層；
2) 在導(dǎo)電層薄層表面上涂上所需面密度的正極活性材料漿料涂層，然后烘干，制 成所需極片。
正極極片導(dǎo)電膠中，所述導(dǎo)電劑至少包括納米碳纖維、碳納米管、納米銀粉、納 米銅粉、納米鎳粉、乙炔黑、導(dǎo)電碳黑、石黑粉、導(dǎo)電聚合物中的一種；粘結(jié)劑至少 包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯中的一種溶劑為N-甲基吡咯烷酮。
所述負(fù)極極片導(dǎo)電膠中，所述導(dǎo)電劑至少包括納米碳纖維、碳納米管、納米銀 粉、納米銅粉、納米鎳粉、乙炔黑、導(dǎo)電碳黑、石黑粉、導(dǎo)電聚合物中的一種；粘結(jié) 劑至少包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯中的一種；溶劑為N-甲基吡咯垸酮、純水中 的一種粘合劑至少包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、CMC、 SBR中的一種。 導(dǎo)電膠中的粘結(jié)劑和溶劑按質(zhì)量比l: 8-12混合。
所述的導(dǎo)電膠的制備，優(yōu)選將粘結(jié)劑和溶劑按質(zhì)量比l: IO的比例加入到攪拌鍋 內(nèi)，髙速攪拌混合均勻后，再加入所需導(dǎo)電劑(具體比例裨不同材料而定)，攪拌混 合均勻后制成導(dǎo)電膠乳液。
本發(fā)明是在制成涂布漿料前預(yù)涂一層導(dǎo)電膠，在箔材表面形成一層具有良好的粘 結(jié)力和導(dǎo)電性的結(jié)構(gòu)緊密的導(dǎo)電膠薄層，在這層導(dǎo)電膠薄層上再進行電極活性材料漿 料的涂布，在合適的溫度下進行烘干，而制成所需的極片。
本發(fā)明通過在箔材表面上預(yù)涂一層導(dǎo)電膠的方法使電極漿料中密度小、比表面積 大的材料能夠更好的與箔材粘結(jié)在一起，可降低箔材的表面能，提髙漿料的浸潤性，從而提髙正極材料與集流體(鋁箔)的粘結(jié)性能，減少電池在循環(huán)過程中的掉粉現(xiàn)象， 使電池的循環(huán)壽命更長，而且還可降低漿料中粘結(jié)劑的含量提高活性物質(zhì)的利用率， 并且此種方法本身不會對電池的性能產(chǎn)生消極的影響。
本發(fā)明一方面，在不影響漿料粘結(jié)性能的情況下，通過涂覆的導(dǎo)電膠薄層相對地 提高正負(fù)極活性物質(zhì)的利用率從而提高電池的比容量，減少電池在制作過程中以及循 環(huán)過程中的掉粉現(xiàn)象，改善電池的循環(huán)性能；另一方面，相對地降低電池的原材料成 本，提髙其市場競爭力。
本發(fā)明方案提供的鋰離子電池IH負(fù)極極片的涂布方法所制成的極片用在鋰離子 電池上的優(yōu)點還在于
A覆蓋有導(dǎo)電膠薄層的箔材表面粗糙不平、而且含有極性強的粘結(jié)劑，可以顯 著提髙電極活性材料與基材的粘結(jié)能力，改善極片的各項性能，提髙極片在軋膜、裝 配過程中的可操作性。
B由于導(dǎo)電膠薄層中的粘結(jié)力增強可以降低漿料中粘結(jié)劑的含量以及導(dǎo)電劑 的含量，增加電極活性材料的利用率，減少電池的內(nèi)阻、相對地降低電池的生產(chǎn)原材 料成本。
C由于粘結(jié)力增強，減少電池在涂布以及制片的過程中和在循環(huán)過程中的掉粉 現(xiàn)象，使電池的循環(huán)壽命更長。
D隨著活性物質(zhì)比重的提高，可以在容量一定的情況下降低極片的面密度，提 高電池的性能。


圖1為本發(fā)明涂布裝置的及流程示意圖。
圖l中l(wèi)放巻裝置，2導(dǎo)電膠槽，3加熱裝置，4漿料槽，5烘箱，6收巻裝置。
具體實施例方式
本發(fā)明方案提供的鋰離子電池負(fù)極的集流體選用鋁箔，正極導(dǎo)電膠包括導(dǎo)電劑、 粘結(jié)劑和溶劑，所述導(dǎo)電劑至少包括納米碳纖維、碳納米管、納米銀粉、納米銅粉、 納米鎳粉、乙炔黑、導(dǎo)電碳黑、石黑粉、導(dǎo)電聚合物等中的一種，所述的粘結(jié)劑至少 包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯中的一種，所述的溶劑為N-甲基吡咯烷酮。正極物質(zhì) 組成包括正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑。其中正極活性物質(zhì)選用至少包括鈷酸鋰、 錳酸鋰、磷酸鐵鋰、磷酸錳鋰、磷酸鈷鋰、鎳酸鋰、鎳鈷酸鋰、鎳錳酸鋰、鎳錳鉆酸 鋰中的一種或幾種，導(dǎo)電劑選用至少包括納米碳纖維、碳納米管、納米銀粉、乙炔黑、
導(dǎo)電碳黑、石黑粉等中的一種，粘結(jié)劑選用至少包括PTFB(聚四氟乙烯)、PVOT (聚 偏二氟乙烯)中的一種。
本發(fā)明方案提供的鋰離子電池負(fù)極的集流體選用銅箔，負(fù)極導(dǎo)電膠包括導(dǎo)電劑、 粘結(jié)劑和溶劑，所述導(dǎo)電劑至少包括納米碳纖維、碳納米管、納米銀粉、納米銅粉、 納米鎳粉、乙炔黑、導(dǎo)電碳黑、石黑粉、導(dǎo)電聚合物等屮的--種，所述的粘結(jié)劑至少 包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯中的一種，所述的溶劑為N-甲基吡唂烷酮、純水等 中的一種，所述的粘結(jié)合劑至少包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、SBR (丁苯乳膠)、 CMC (羧甲基纖維素)等中的一種。負(fù)極物質(zhì)組成包括碳材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，其 中所述碳材料至少包括人造石黑、天然石黑、天然改性石黑、碳纖維、中間相碳微球、 針狀焦、氧化錫、鈦酸鋰、石黑粉等中的一種，導(dǎo)電劑選用至少包括納米碳纖維、碳 納米管、納米銀粉、乙炔黑、導(dǎo)電碳黑、石黑粉等中的一種，粘結(jié)劑選用至少包括 PTFE (聚四氟乙烯)、PVDF (聚偏二氟乙烯)、SBR (丁苯乳膠)、CMC (羧甲基纖 維素)、MC (甲基纖維素)等中的一種。
實施例1
一種鋰離子電池正極極片的制備
(1) 準(zhǔn)確稱量100克PVDF， 100克導(dǎo)電碳黑，1000克NMP。
(2) 導(dǎo)電膠的制備，首先，將1000克NMP加入真空攪拌機中，再慢慢加入100 克PVDF,攬拌，使PVDF完全溶解，混合均勻后，再加入100克導(dǎo)電碳黑，攪拌混 合均勻即制成正極導(dǎo)電膠乳液。
(3) 正極電極材料漿料配制94.5克鈷酸鋰，3.0克導(dǎo)電碳黑，2.5克PVDF和 50克NMP，混合均勻即制備成正極電極材料漿料。
(4) 制好的導(dǎo)電膠乳液放入圖1中的導(dǎo)電膠槽2中，在放巻裝置1上裝好鋁箔 (厚0.018 mmb0.002mmx寬260 mmil.0mm)， IF.極電極材料榮料放入漿料槽4，開
動機器，調(diào)整好干燥溫度(90~1101C)、涂敷的導(dǎo)電膠厚度(5 10jim)、涂布的正極 電極漿料面密度(正極涂布單面面密度為205±5g/m2,正極涂布雙面面密度為 410±10g/m2),導(dǎo)電膠乳液涂敷在鋁箔上，在鋁箔表面形成一層5 10nm的膠層，經(jīng) 過加熱裝置3干燥后，使得鋁箔表面形成一層與箔材粘結(jié)牢固、表面粗糙不平的導(dǎo)電 層薄層。調(diào)整涂布機的刀表間隙，在所制的已敷有一層導(dǎo)電層薄層鋁箔表面上涂上所 需面密度的漿料涂層，然后烘干，制成所需正極極片。
實施例2
一種鋰離子電池負(fù)極極片的制備
(1) 準(zhǔn)確稱量50克CMC， IOO克SBR乳液，IOO克導(dǎo)電碳黑，1000克純水。
(2) 導(dǎo)電膠的制備，首先，將1000克純水加入真空攪拌機中，再慢慢加入50 克CMC,攪均后，加入100克SBR乳液，混合均勻后，再加入100克導(dǎo)電碳黑，攪 拌混合均勻即制成負(fù)極導(dǎo)電膠乳液。
(3) 負(fù)極電極材料漿料配制95.4克人造石墨，l克導(dǎo)電碳黑，1.6克CMC， 2 克SBR和IOO克純水，混合均勻即制備成負(fù)極電極材料漿料。
(4) 制好的導(dǎo)電膠乳液放入圖1中的導(dǎo)電膠槽2中，在放巻裝置1上裝好銅箔 (厚0.012 mntb0.002mmx寬240 mm士1.0mm),負(fù)極電極材料漿料放入漿料槽4，開
動機器，調(diào)整好干燥溫度(90~110'C)、涂敷的導(dǎo)電膠厚度(5 10pm)、涂布的負(fù)極 電極漿料面密度(負(fù)極涂布單面面密度為0.97±0.02g/dm2,負(fù)極涂布雙面面密度為 1.94±0.02g/dm2)，導(dǎo)電膠乳液涂敷在鋁箔上，在銅箔表面形成一層5 10拜的膠層， 經(jīng)過加熱裝置3干燥后，使得銅箔表面形成—層與箔材粘結(jié)牢固、表面粗糙不平的導(dǎo) 電層薄層。調(diào)整涂布機的刀表間隙，在所制的已敷有一層導(dǎo)電層薄層銅箔表面上涂上 所需面密度的漿料涂層，然后烘干，制成所需負(fù)極極片。
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池正極或負(fù)極極片，其特征在于所述的正極或負(fù)極極片依次由箔材、導(dǎo)電膠薄層、電極活性材料層組成，導(dǎo)電膠薄層厚度為5～10μm。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種鋰離子電池正極或負(fù)極極極片，其特征在于所述正極或負(fù)極極片的導(dǎo)電膠薄層包括導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和溶劑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋰離子電池正極或負(fù)極極片，其特征在于正極極片導(dǎo)電膠薄層中，所述導(dǎo)電劑至少包括納米碳纖維、碳納米管、納米銀粉、納米銅粉、納米鎳粉、乙炔黑、導(dǎo)電碳黑、石黑粉、導(dǎo)電聚合物中的一種；粘結(jié)劑至少包括聚四氟 乙烯、聚偏二氟乙烯中的一種溶劑為N-甲基吡咯烷酮。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋰離子電池正極或負(fù)極極極片，其特征在于所述負(fù) 極極片導(dǎo)電膠薄層中，所述導(dǎo)電劑至少包括納米碳纖維、碳納米管、納米銀粉、納米 銅粉、納米鎳粉、乙炔黑、導(dǎo)電碳黑、石黑粉、導(dǎo)電聚合物中的一種；粘結(jié)劑至少包 括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯中的一種；溶劑為N-甲基吡咯烷酮、純水中的一種； 粘合劑至少包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、CMC、 SBR中的一種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的一種鋰離子電池正極或負(fù)極極極片，其特征在于 導(dǎo)電膠中的粘結(jié)劑和溶劑按質(zhì)量比l: 8-12混合。
6. 權(quán)利要求2所述一種鋰離子電池正極或負(fù)極極極片的涂布方法，其特征在于1) 導(dǎo)電膠薄層的制備，將粘結(jié)劑和溶劑混合加入到攪拌鍋內(nèi)，高速攪拌混合均勻后， 再加入所需的導(dǎo)電劑，攪拌混合均勻后制成導(dǎo)電膠乳液；將導(dǎo)電膠加入料槽內(nèi)，調(diào)整 涂布機的刀表間隙，使得在箔材表面形成一層5 10拜的膠層，經(jīng)過加熱裝置，使 得箔材表面形成一層與箔材粘結(jié)牢固、表面粗糙不平的導(dǎo)電膠薄層；2) 在導(dǎo)電層薄層表面上涂上所需面密度的正極活性材料漿料涂層，然后烘干.制成 所需極片。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述一種鋰離子電池正極或負(fù)極極極片的涂布方法，其特征在于 正極極片導(dǎo)電膠中，所述導(dǎo)電劑至少包括納米碳纖維、碳納米管、納米銀粉、納米銅 粉、納米鎳粉、乙炔黑、導(dǎo)電碳黑、石黑粉、導(dǎo)電聚合物中的一種；粘結(jié)劑至少包拈 聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯中的一種溶劑為N-甲基吡咯烷酮。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種鋰離子電池正極或負(fù)極極片，其特征在于所述負(fù)極 極片導(dǎo)電膠中，所述導(dǎo)電劑至少包括納米碳纖維、碳納米管、納米銀粉、納米銅粉、 納米鎳粉、乙炔黑、導(dǎo)電碳黑、石黑粉、導(dǎo)電聚合物中的一種粘結(jié)劑至少包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯中的一種；溶劑為N-甲基吡咯烷酮、純水中的一祌；粘合利 至少包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、CMC、 SBR中的一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7或8所述的一種鋰離子電池正極或負(fù)極極片，其特征在于導(dǎo)電膠中的粘結(jié)劑和溶劑按質(zhì)量比1: 8-12混合。
全文摘要
一種鋰離子電池正極或負(fù)極極片及其涂布方法，所述的正、負(fù)極極片依次由箔材、導(dǎo)電膠薄層、電極活性材料層組成，導(dǎo)電膠薄層厚度為5～10μm。它按下述步驟制作首先，漿料涂布前先在箔材表面預(yù)涂一層厚度為5～10μm導(dǎo)電膠薄層，在箔材表面形成一層具有良好的粘結(jié)力和導(dǎo)電性的結(jié)構(gòu)緊密的導(dǎo)電膠薄層。然后，再在這層導(dǎo)電膠薄層上進行電極活性材料漿料的涂布，在合適的溫度下進行烘干，而制成所需的極片。本發(fā)明可降低箔材的表面能，提高漿料的浸潤性，從而提高正極材料與集流體(鋁箔)的粘結(jié)性能，減少電池在循環(huán)過程中的掉粉現(xiàn)象，使電池的循環(huán)壽命更長，而且還可降低漿料中粘結(jié)劑的含量提高活性物質(zhì)的利用率，并且此種方法本身不會對電池的性能產(chǎn)生消極的影響。
文檔編號H01M4/02GK101174685SQ200710035970
公開日2008年5月7日 申請日期2007年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月26日
發(fā)明者鄧凌峰 申請人:中南大學(xué)