專利名稱：一種鋰離子電池正極或負極極片及其涂布方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池正極或負極極片及其涂布方法。
背景技術：
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，隨著科學技術的不斷進步，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、國防工業(yè)等 諸多方面具有廣闊的應用前景。
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 結劑和導電劑的用量，但粘結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極極片在涂布方面 存在的一些技術上缺陷，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 正負極極片存在的一些技術上缺陷，提供一種新的鋰離子電池正極或負極極片及其涂 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、負極極片，所述的JH、負極極片依次由箔材、導電膠薄層、 電極活性材料層組成，導電膠薄層厚度為5 10拜。
所述正、負極片的導電膠薄層包括導電劑、粘結劑和溶劑。 正極極片導電膠薄層中，所述導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、導電碳黑、石黑粉、導電聚合物中的一種粘結劑至 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。
所述負極極片導電膠薄層中，所述導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、導電碳黑、石黑粉、導電聚合物中的一種粘 結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。 導電膠中的粘結劑和溶劑按質(zhì)量比l: 8-12混合。
所述一種鋰離子電池正、負極極片的涂布方法，
1) 導電膠薄層的制備，將粘結劑和溶劑混合加入到攪拌鍋內(nèi)，高速攪拌混合均勻 后，再加入所需的導電劑，攪拌混合均勻后制成導電膠乳液；將導電膠加入料槽內(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牢固、表面粗糙不平的導電膠薄層；
2) 在導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。
正極極片導電膠中，所述導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、導電碳黑、石黑粉、導電聚合物中的一種；粘結劑至少 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。
所述負極極片導電膠中，所述導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、導電碳黑、石黑粉、導電聚合物中的一種；粘結 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。 導電膠中的粘結劑和溶劑按質(zhì)量比l: 8-12混合。
所述的導電膠的制備，優(yōu)選將粘結劑和溶劑按質(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，再加入所需導電劑(具體比例裨不同材料而定)，攪拌混 合均勻后制成導電膠乳液。
本發(fā)明是在制成涂布漿料前預涂一層導電膠，在箔材表面形成一層具有良好的粘 結力和導電性的結構緊密的導電膠薄層，在這層導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涂一層導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，在不影響漿料粘結性能的情況下，通過涂覆的導電膠薄層相對地 提高正負極活性物質(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覆蓋有導電膠薄層的箔材表面粗糙不平、而且含有極性強的粘結劑，可以顯 著提髙電極活性材料與基材的粘結能力，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由于導電膠薄層中的粘結力增強可以降低漿料中粘結劑的含量以及導電劑 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極的集流體選用鋁箔，正極導電膠包括導電劑、 粘結劑和溶劑，所述導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、導電碳黑、石黑粉、導電聚合物等中的一種，所述的粘結劑至少 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)、導電劑和粘結劑。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、
導電碳黑、石黑粉等中的一種，粘結劑選用至少包括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極的集流體選用銅箔，負極導電膠包括導電劑、 粘結劑和溶劑，所述導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、導電碳黑、石黑粉、導電聚合物等屮的--種，所述的粘結劑至少 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。負極物質(zhì)組成包括碳材料、導電劑和粘結劑，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、導電碳黑、石黑粉等中的一種，粘結劑選用至少包括 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) 準確稱量100克PVDF， 100克導電碳黑，1000克NMP。
(2) 導電膠的制備，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克導電碳黑，攪拌混 合均勻即制成正極導電膠乳液。
(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) 制好的導電膠乳液放入圖1中的導電膠槽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牢固、表面粗糙不平的導電 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
一種鋰離子電池負極極片的制備
(1) 準確稱量50克CMC， IOO克SBR乳液，IOO克導電碳黑，1000克純水。
(2) 導電膠的制備，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克導電碳黑，攪 拌混合均勻即制成負極導電膠乳液。
(3) 負極電極材料漿料配制95.4克人造石墨，l克導電碳黑，1.6克CMC， 2 克SBR和IOO克純水，混合均勻即制備成負極電極材料漿料。
(4) 制好的導電膠乳液放入圖1中的導電膠槽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)、涂敷的導電膠厚度(5 10pm)、涂布的負極 電極漿料面密度(負極涂布單面面密度為0.97±0.02g/dm2,負極涂布雙面面密度為 1.94±0.02g/dm2)，導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—層與箔材粘結牢固、表面粗糙不平的導 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，制成所需負極極片。
權利要求
1.一種鋰離子電池正極或負極極片，其特征在于所述的正極或負極極片依次由箔材、導電膠薄層、電極活性材料層組成，導電膠薄層厚度為5～10μm。
2. 根據(jù)權利要求l所述的一種鋰離子電池正極或負極極極片，其特征在于所述正極或負極極片的導電膠薄層包括導電劑、粘結劑和溶劑。
3. 根據(jù)權利要求2所述的一種鋰離子電池正極或負極極片，其特征在于正極極片導電膠薄層中，所述導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、導電碳黑、石黑粉、導電聚合物中的一種；粘結劑至少包括聚四氟 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)權利要求2所述的一種鋰離子電池正極或負極極極片，其特征在于所述負 極極片導電膠薄層中，所述導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、導電碳黑、石黑粉、導電聚合物中的一種；粘結劑至少包 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)權利要求2或3或4所述的一種鋰離子電池正極或負極極極片，其特征在于 導電膠中的粘結劑和溶劑按質(zhì)量比l: 8-12混合。
6. 權利要求2所述一種鋰離子電池正極或負極極極片的涂布方法，其特征在于1) 導電膠薄層的制備，將粘結劑和溶劑混合加入到攪拌鍋內(nèi)，高速攪拌混合均勻后， 再加入所需的導電劑，攪拌混合均勻后制成導電膠乳液；將導電膠加入料槽內(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牢固、表面粗糙不平的導電膠薄層；2) 在導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)權利要求6所述一種鋰離子電池正極或負極極極片的涂布方法，其特征在于 正極極片導電膠中，所述導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、導電碳黑、石黑粉、導電聚合物中的一種；粘結劑至少包拈 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)權利要求6所述的一種鋰離子電池正極或負極極片，其特征在于所述負極 極片導電膠中，所述導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、導電碳黑、石黑粉、導電聚合物中的一種粘結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)權利要求6或7或8所述的一種鋰離子電池正極或負極極片，其特征在于導電膠中的粘結劑和溶劑按質(zhì)量比1: 8-12混合。
全文摘要
一種鋰離子電池正極或負極極片及其涂布方法，所述的正、負極極片依次由箔材、導電膠薄層、電極活性材料層組成，導電膠薄層厚度為5～10μm。它按下述步驟制作首先，漿料涂布前先在箔材表面預涂一層厚度為5～10μm導電膠薄層，在箔材表面形成一層具有良好的粘結力和導電性的結構緊密的導電膠薄層。然后，再在這層導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)先權日2007年10月26日
發(fā)明者鄧凌峰 申請人:中南大學