專(zhuān)利名稱(chēng)：鋰離子電池電極漿料及應(yīng)用該電極漿料制備的電極片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池電極漿料及應(yīng)用該電極漿料制備的電極片。
背景技術(shù)：
在鋰離子電池的工業(yè)生產(chǎn)中通常是將鋰離子電池的電極漿料涂覆在鋁箔等極片載體上，經(jīng)過(guò)機(jī)器刮涂、滾壓、烘干等步驟，再經(jīng)過(guò)裁剪、卷繞制成可使用的電極片?，F(xiàn)有技術(shù)中鋰離子電池電極漿料的組成成分一般包括活性組分、導(dǎo)電組分、高分子交聯(lián)劑以及溶劑。其中活性組分為正極活性物質(zhì)如鈷酸鋰、錳酸鋰或磷酸鐵鋰，或負(fù)極活性物質(zhì)如石墨。導(dǎo)電組分可以是乙炔黑、碳納米管或石墨。高分子交聯(lián)劑起到粘結(jié)活性組分和導(dǎo)電組分的作用，常用丁苯橡膠(SBR)或聚偏氟乙烯(PVDF)。溶劑起到溶解高分子交聯(lián)劑的作用，通常為水或非水性有機(jī)溶劑，如N-甲基吡咯烷酮(NMP)等，溶劑在制作電極片的烘干步驟中去除。電極漿料的性能好壞對(duì)電極片的制作過(guò)程、電極片性能以及鋰離子電池的性能都有很大的影響。然而，即使采用相同組分形成的電極漿料制備的鋰離子電池，其性能也可能不同。 例如，當(dāng)電極漿料的各種組分加入的先后順序不同時(shí)，最終得到的鋰離子電池的倍率性能可能差別很大。這可能是由于導(dǎo)電組分在電極漿料中的分散不均勻所導(dǎo)致。現(xiàn)有技術(shù)中常采用在電極漿料中加入分散劑的方式改善導(dǎo)電組分在電極漿料中的分散性能。公告日為 2008年8月6日的中國(guó)專(zhuān)利ZL 200480008658. 1公開(kāi)了一種用于改進(jìn)電極漿料的分散性能的分散劑，這種分散劑具有能夠表面吸附的聚合物骨架和具有非離子表面活性劑性質(zhì)的側(cè)鏈。然而，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，這種高分子聚合物分散劑在與水性溶劑進(jìn)行配合時(shí)能具有一定的分散效果，但在應(yīng)用于非水性有機(jī)溶劑時(shí)，由于大分子量的高分子聚合物分散劑自身的分散及粘度問(wèn)題，對(duì)電極漿料的分散性能改善則不明顯。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，確有必要提供一種適用于有機(jī)溶劑且能夠提高鋰離子電池性能的電極漿料，以及應(yīng)用該方法制備的電極片。一種鋰離子電池電極漿料，其包括活性組分、導(dǎo)電組分、高分子交聯(lián)劑、溶劑及曲拉通?！N鋰離子電池電極片，其包括一集流體以及形成于該集流體表面的電極材料， 該電極材料包括活性組分、導(dǎo)電組分、高分子交聯(lián)劑及曲拉通。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明在采用有機(jī)溶劑的電極漿料中添加曲拉通，在不影響漿料粘度的情況下可使活性組分和導(dǎo)電組分在電極漿料中均勻分散，得到具有較高分散性能的電極漿料，使鋰離子電池的倍率性能得到改善。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例采用含曲拉通的電極漿料制備的電極片的低放大倍率掃描電鏡照片。圖2為采用不含曲拉通的電極漿料制備的電極片的低放大倍率掃描電鏡照片。圖3為本發(fā)明實(shí)施例采用含曲拉通的電極漿料制備的電極片的高放大倍率掃描電鏡照片。圖4為采用不含曲拉通的電極漿料制備的電極片的高放大倍率掃描電鏡照片。圖5為采用含有曲拉通及不含曲拉通的磷酸鐵鋰正極電極片在IC倍率下的循環(huán)性能測(cè)試曲線。圖6為采用含有曲拉通及不含曲拉通的磷酸鐵鋰正極電極片在3C倍率下的循環(huán)性能測(cè)試曲線。圖7為采用含有曲拉通及不含曲拉通的磷酸鐵鋰正極電極片在5C倍率下的循環(huán)性能測(cè)試曲線。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的電極漿料及其制備方法，以及應(yīng)用該方法制備的電極片作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明提供一種電極漿料，其包括活性組分、導(dǎo)電組分、高分子交聯(lián)劑、有機(jī)溶劑以及辛基苯基聚氧乙烯醚(Octylphenolpoly (ethyleneglycolether)x，χ = 9 10，俗稱(chēng)曲拉通)。該活性組分為正極活性物質(zhì)或負(fù)極活性物質(zhì)中的一種。該正極活性物質(zhì)可以為磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰及鎳酸鋰中的一種或多種，該負(fù)極活性物質(zhì)可以為石墨、有機(jī)裂解碳及中間相碳微球(MCMB)中的一種或多種，該導(dǎo)電組分可以為石墨、乙炔黑及碳納米管中的一種或多種，該有機(jī)溶劑可以為NMP、二甲基甲酰胺(DMF)、二乙基甲酰胺(DEF)、二甲基亞砜(DMSO)、四氫呋喃及醇類(lèi)中的一種或多種，該高分子交聯(lián)劑可以為PVDF、聚四氟乙烯 (PTra)及SBR中的一種或多種?？梢岳斫?，該正極活性物質(zhì)、負(fù)極活性物質(zhì)、導(dǎo)電組分、有機(jī)溶劑及高分子交聯(lián)劑也可采用其他常用的材料。在該電極漿料中，該活性組分、導(dǎo)電組分及高分子交聯(lián)劑的總質(zhì)量與該有機(jī)溶劑的質(zhì)量之比可以為3 1 4 1，優(yōu)選為3 1，從而可以使該電極漿料具有較好的流變性，并利于分散。在該活性組分、導(dǎo)電組分以及高分子交聯(lián)劑中，該活性組分的質(zhì)量占總質(zhì)量的 75 % 90 %，優(yōu)選為80 %，該導(dǎo)電組分的質(zhì)量占總質(zhì)量的5 % 15 %，優(yōu)選為10 %，該高分子交聯(lián)劑的質(zhì)量占總質(zhì)量的5% 15%，優(yōu)選為10%。本實(shí)施例中所用曲拉通的平均分子量約為647。該曲拉通占電極漿料總質(zhì)量的 0. 25% 1. 25%，優(yōu)選為 0. 5%。該鋰離子電池電極漿料可以通過(guò)以下步驟制備首先，提供活性組分、導(dǎo)電組分、高分子交聯(lián)劑、有機(jī)溶劑以及曲拉通；以及其次，將該活性組分、導(dǎo)電組分、高分子交聯(lián)劑、有機(jī)溶劑以及曲拉通均勻混合。具體地，可先將該曲拉通溶解在該有機(jī)溶劑中，再將所述活性組分、導(dǎo)電組分及高分子交聯(lián)劑與溶有該曲拉通的有機(jī)溶劑混合。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)證明，所述活性組分、導(dǎo)電組分及高分子交聯(lián)劑的加入順序?qū)﹄姌O漿料的性能并無(wú)顯著影響，即，當(dāng)該分散劑采用曲拉通時(shí)，無(wú)論將活性組分、導(dǎo)電組分及高分子交聯(lián)劑一同加入有機(jī)溶劑后進(jìn)行混合，還是逐一加入有機(jī)溶劑進(jìn)行混合，均可使導(dǎo)電組分均勻的分散在活性組分之間?，F(xiàn)有技術(shù)中作為分散劑的有機(jī)高分子聚合物的分子量在10，000至30，000之間， 具有較強(qiáng)的增稠作用，且本身分散十分困難，因此對(duì)采用非水性溶劑的電極漿料性能的改進(jìn)不明顯。而本申請(qǐng)中，由于曲拉通的分子量較小，本身可以容易地在有機(jī)溶劑中分散，且曲拉通的加入對(duì)漿料的粘度幾乎不產(chǎn)生影響，提高了電極漿料的性能。并且，所述混合的方式可以是球磨、超聲震蕩或研磨，甚至是普通的機(jī)械攪拌也可以達(dá)到有效分散導(dǎo)電組分及活性組分的目的，大大簡(jiǎn)化了電極漿料的制備工藝。本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)一步提供一種鋰離子電池電極片，其包括一集流體以及形成于集流體表面的電極材料。該集流體可以是銅箔或鋁箔，該電極材料為將所述電極漿料烘干后剩下的物質(zhì)，包括活性組分、導(dǎo)電組分、高分子交聯(lián)劑以及曲拉通。該曲拉通的質(zhì)量占電極材料總質(zhì)量的 5%，優(yōu)選為2%。該電極片厚度均勻，且整體厚度約為50微米 300 微米。該電極片的制備方法包括以下步驟提供一集流體；將該電極漿料涂覆在該集流體表面；以及將該電極漿料在小于120°C的溫度下烘干。該電極漿料中的有機(jī)溶劑通過(guò)該烘干步驟去除，用于分散活性組分和導(dǎo)電組分的曲拉通在小于120°C不揮發(fā)或分解，因此以雜質(zhì)的形式留在電極材料中。然而，實(shí)驗(yàn)證明少量的曲拉通不會(huì)對(duì)鋰離子電池的性能造成影響，且能夠有效地促進(jìn)活性組分及導(dǎo)電組分的分散，提高鋰離子電池的倍率性能。本實(shí)施例以曲拉通作為分散劑制備正極電極漿料，并將該電極漿料涂覆于正極集流體表面制成正極電極片，并與未加入曲拉通的正極電極片進(jìn)行對(duì)比。首先制備待測(cè)正極電極片。將曲拉通溶解在NMP中，配制成曲拉通質(zhì)量百分含量為的曲拉通/NMP溶液，將PVDF溶解在NMP中，配制成PVDF質(zhì)量百分含量為10%的 PVDF/NMP溶液，將1. 6g磷酸鐵鋰、0. 2g乙炔黑、2g所述PVDF/NMP溶液加入至4. 2g所述曲拉通/NMP溶液中，用玻璃棒充分?jǐn)嚢杈鶆?，制備成電極漿料，并將該電極漿料刮涂在鋁箔表面，并在100°C下烘干，得到正極電極片。其次制備對(duì)比電極片。將1. 6g磷酸鐵鋰、0. 2g乙炔黑、2g所述PVDF/NMP溶液加入至4. 2gNMP中，制成不含曲拉通的電極漿料，并同樣地將電極漿料刮涂在鋁箔表面，烘干得到對(duì)比電極片。請(qǐng)參閱圖1-4，可以發(fā)現(xiàn)，加入曲拉通的正極電極片中，在磷酸鐵鋰大顆粒周?chē)稚⒂写罅恳胰埠谛☆w粒。而未加入曲拉通的正極電極片中，多個(gè)磷酸鐵鋰大顆粒聚集在一起，并未與乙炔黑均勻分散。將上述待測(cè)正極電極片與對(duì)比電極片在相同的條件下分別與相同的負(fù)極金屬鋰片、電解液及隔膜組裝成半電池，并采用IC (0. 6mA/cm2),3C(l. 8mA/cm2)及5C(3. OmA/cm2) 電流對(duì)上述兩種電池進(jìn)行充放電循環(huán)測(cè)試。電池的隔膜采用聚乙烯/丙烯多孔膜(Celgard 2400)。電解液為lmol/L的LiPF6/EC+DMC+DEC(l 1 1，ν/ν/ν)溶液，其中電解液的溶劑為碳酸乙烯酯，碳酸二乙酯及碳酸二甲酯以體積比1 1 1混合，電解質(zhì)鹽為六氟磷酸鋰。請(qǐng)參閱圖5 7，通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，雖然在小電流下充放電時(shí)，加入曲拉通與未加曲拉通的電極片性能差別并不明顯，但隨著充放電倍率增大，加入曲拉通的電極片顯示出較高的比容量及容量保持率，因此曲拉通的加入有效的提高了鋰離子電池的倍率性能。
本技術(shù)方案在含有機(jī)溶劑的電極漿料中添加曲拉通，無(wú)需調(diào)節(jié)漿料粘度即可使活性組分和導(dǎo)電組分在電極漿料中均勻分散，得到具有較高分散性能的電極漿料，使鋰離子電池的倍率性能得到改善。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其他變化，當(dāng)然，這些依據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池電極漿料，其包括活性組分、導(dǎo)電組分、高分子交聯(lián)劑以及有機(jī)溶劑，其特征在于，進(jìn)一步包括曲拉通。
2.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池的電極漿料，其特征在于，該有機(jī)溶劑為N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二乙基甲酰胺、二甲基亞砜、四氫呋喃及醇類(lèi)中的一種或多種。
3.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池的電極漿料，其特征在于，該活性組分為正極活性物質(zhì)或負(fù)極活性物質(zhì)。
4.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池電極漿料，其特征在于，該活性組分、導(dǎo)電組分及高分子交聯(lián)劑的總質(zhì)量與該有機(jī)溶劑的質(zhì)量之比為3 1 4 1。
5.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池電極漿料，其特征在于，該曲拉通占電極漿料總質(zhì)量的 0. 25% 1. 25%。
6.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池電極漿料，其特征在于，該曲拉通占電極漿料總質(zhì)量的0. 5%。
7.—種鋰離子電池電極片，其包括一集流體以及形成于該集流體表面的電極材料，該電極材料包括活性組分、導(dǎo)電組分以及高分子交聯(lián)劑，其特征在于，該電極材料進(jìn)一步包括曲拉通。
8.如權(quán)利要求7所述的鋰離子電池電極片，其特征在于，該曲拉通的質(zhì)量占所述電極材料總質(zhì)量的1% 5%。
9.如權(quán)利要求7所述的鋰離子電池電極片，其特征在于，該曲拉通的質(zhì)量占所述電極材料總質(zhì)量的2%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池電極漿料，其包括活性組分、導(dǎo)電組分、高分子交聯(lián)劑、有機(jī)溶劑及曲拉通。本發(fā)明還涉及一種鋰離子電池電極片。
文檔編號(hào)H01B1/20GK102270762SQ20101019105
公開(kāi)日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2010年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月3日
發(fā)明者何向明, 姜長(zhǎng)印, 張文佳, 李建軍, 蒲薇華, 高劍 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司