一種離子二次電池電極片的制備方法
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電池制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種離子二次電池電極片的制備方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]隨著信息技術(shù)(IT)的迅速發(fā)展，移動(dòng)通訊設(shè)備的數(shù)量激增，21世紀(jì)正朝著高質(zhì)量通訊服務(wù)無(wú)時(shí)無(wú)處不在的時(shí)代發(fā)展，這很大程度上歸因于離子二次電池的發(fā)展[(韓)樸正基著.鋰二次電池原理與應(yīng)用.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2014.08.]。離子二次電池是一種可循環(huán)使用的高效潔凈新能源，是綜合緩解能源、資源和環(huán)境問(wèn)題的一種重要技術(shù)途徑[于利紅.鋰離子電池正極材料的改性和電池評(píng)價(jià)新方法研究[D].清華大學(xué)，2006.]。隨著離子電池向動(dòng)力電池領(lǐng)域的應(yīng)用拓展，對(duì)其快充、容量、循環(huán)壽命以及倍率等電性能和低成本制備提出了更高的要求[吳振軍，陳宗璋.鈉離子電池研究進(jìn)展[J].電池，2002，32(1):45-47]。
[0003]目前，離子二次電池電極片的制備過(guò)程為:將電極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和溶劑調(diào)成漿料，采用涂覆機(jī)涂覆于集流體上。其中，導(dǎo)電劑起著改善電極活性顆粒之間或者電極活性顆粒到金屬集流體之間的電子導(dǎo)電性，集流體充當(dāng)著從外電路向電極活性物質(zhì)供給電子或向外電路傳遞電極反應(yīng)所產(chǎn)生電子的介質(zhì)。粘結(jié)劑在電極的機(jī)械穩(wěn)定中扮演著非常重要的角色，但它的存在會(huì)大大影響電極片的容量和能量密度。為了容量和能量密度最大化，在減少粘結(jié)劑含量的同時(shí)增加電極活性物質(zhì)的含量是非常有意義的。然而粘結(jié)劑含量的減少會(huì)明顯影響其對(duì)于電極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和集流體之間的粘合性能，降低電極片的機(jī)械穩(wěn)定性。
[0004]因此，尋找一種在不使用粘結(jié)劑的同時(shí)還能顯著改善電極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和集流體之間界面結(jié)合強(qiáng)度從而提高機(jī)械穩(wěn)定性的電極片的制備方法，對(duì)高性能離子二次電池的研究和開(kāi)發(fā)具有非常重大地意義。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005]本發(fā)明的目的在于提供了一種離子二次電池電極片的制備方法，該方法具有操作簡(jiǎn)單方便高效、成本低、沉積工藝易控制等特點(diǎn)，能夠在避免使用粘結(jié)劑的同時(shí)顯著改善電極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和集流體之間的界面結(jié)合強(qiáng)度，從而提高電極片的容量、能量密度以及機(jī)械穩(wěn)定性。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0007]—種離子二次電池電極片的制備方法，其制備方法為:將電極活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑溶于溶劑中，配成懸浮液，將該懸浮液轉(zhuǎn)入反應(yīng)水熱釜中，采用脈沖電弧沉積或水熱感應(yīng)加熱或水熱電泳沉積方法，使電機(jī)活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑生長(zhǎng)在集流體表面，獲得離子二次電池電極片。
[0008]優(yōu)選地，對(duì)于脈沖電弧沉積或水熱電泳沉積方法而言，在制備懸浮液后，進(jìn)一步加入有使沉積物帶電的碘，加入碘后，碘的濃度為I g/L，保證沉積物在電場(chǎng)的作用下定向移動(dòng)。
[0009]優(yōu)選地，為了更好地使電極活性物質(zhì)在集流體上進(jìn)行生長(zhǎng)，對(duì)集流體進(jìn)行預(yù)處理，使其表面帶有含氧官能團(tuán)，所述的預(yù)處理包括:對(duì)集流體用硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行處理，或者對(duì)具有導(dǎo)電性能的集流體進(jìn)行表面羧基化或羥基化處理。
[0010]優(yōu)選地，采用脈沖電弧沉積方法時(shí)，脈沖電弧放電的脈沖電壓為360?420V，占空比為30?90%，頻率為500?4000Hz。
[0011]優(yōu)選地，采用水熱感應(yīng)加熱方法時(shí)，感應(yīng)頻率為10?500KHz，感應(yīng)輸出電流為O?1200A，反應(yīng)時(shí)間為1min?24h。
[O 012 ]優(yōu)選地，采用水熱電泳沉積方法時(shí)，水熱沉積電壓為12 O?2 4 O V，反應(yīng)時(shí)間為5?60mino
[0013]優(yōu)選地，所述導(dǎo)電劑為碳粉，包括炭黑、乙炔黑、科琴炭黑。
[0014]優(yōu)選地，所述電極活性物質(zhì)與導(dǎo)電劑的質(zhì)量比為(5?10):1。
[0015]優(yōu)選地，所述電極活性物質(zhì)與碘的質(zhì)量比為(10?30):1。
[0016]優(yōu)選地，所述電極活性物質(zhì)的濃度為(10_30)g/L。
[0017]優(yōu)選地，所述集流體對(duì)于負(fù)極材料來(lái)說(shuō)，指的是銅和鎳，對(duì)于正極材料來(lái)說(shuō)，指的是鋁。此外，所述集流體也可以是碳布、碳材料片、巴基紙等非金屬材料。
[0018]優(yōu)選地，根據(jù)集流體種類和尺寸的不同，陽(yáng)極石墨的尺寸將隨之改變。
[0019 ]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為:
[0020]本發(fā)明提供了一種離子二次電池電極片的制備方法，將涂層沉積的思路和感應(yīng)加熱的思路很好地融入到了電極片的制備過(guò)程中，具體將脈沖電弧放電沉積、水熱電泳沉積以及水熱感應(yīng)加熱技術(shù)應(yīng)用到了電極片的制備過(guò)程中，避免了粘結(jié)劑和溶劑的使用，繼而避免了傳統(tǒng)電極片制備方法中的涂片過(guò)程，并且電極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和集流體之間的界面結(jié)合強(qiáng)度也得到了明顯改善；同時(shí)，該方法具有操作簡(jiǎn)單方便高效、成本低、沉積工藝易控制等優(yōu)點(diǎn)。
【【附圖說(shuō)明】】
[0021]圖1為本發(fā)明制備的電極片表面的掃描電鏡(SEM)照片。
【【具體實(shí)施方式】】
[0022]下面結(jié)合附圖及實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0023]實(shí)施例1
[0024]一種離子二次電池電極片的制備方法，包括以下步驟:
[0025]步驟一:將0.2?0.4g電極活性物質(zhì)A和0.02?0.06g導(dǎo)電劑B加入到160ml溶劑C中，配置成濃度為1.2?3g/L懸浮液D。然后將該懸浮液超聲20?80min后加入0.016g碘，保證碘的濃度為0.lg/L，繼續(xù)超聲20?80min后即可得到均穩(wěn)定的懸浮液E ；
[0026]步驟二:將集流體固定好后接脈沖電弧放電裝置電源的負(fù)極，20mmX 1mm X 3mm的石墨電極接電源的正極；
[0027]步驟三:把步驟一配置好的懸浮液E轉(zhuǎn)入到反應(yīng)水熱釜中并加熱到沉積所需溫度60?240°C，以待電極片的制備；
[0028]步驟四:設(shè)置脈沖電弧放電裝置的控制參數(shù)后，啟動(dòng)裝置開(kāi)始反應(yīng)。其中控制參數(shù)主要包括脈沖電壓、占空比和頻率，其中，脈沖電壓為360?420V，占空比為30?90%，頻率為500?4000Hz;
[0029]步驟五:將反應(yīng)后的集流體取出后分別用去離子水和無(wú)水乙醇浸泡洗滌，并將洗滌后的集流體放于溫度為40?100°C的電熱干燥箱中干燥2?12h，即可得到最終的電極片。
[0030]實(shí)施例2
[0031 ] 步驟一:配置0.01?5mol/L的A溶液和0.01?5mol/L的B溶液，然后將A溶液和B溶液均勻混合并加入0.0025?0.025g導(dǎo)電劑C，得到混合液D;
[0032]步驟二:將D溶液轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中，并加入集流體E，密封后置于水熱感應(yīng)加熱設(shè)備中，在10?500KHZ的感應(yīng)頻率和O?1200A的輸出電流條件下反應(yīng)1min?24h，然后自然冷卻到室溫。
[0033]步驟三:將集流體E取出，用去離子水清洗3?6次，并于60?100°C下干燥12?24h，即可得到生長(zhǎng)有電極活性物質(zhì)F(F為由A和B反應(yīng)后生成的電極活性物質(zhì)，其質(zhì)量為0.02?
0.2g)的電極片G。
[0034]實(shí)施例3
[0035]步驟一:將0.02?0.2g電極活性物質(zhì)A和0.0025?0.025g導(dǎo)電劑B加入到80ml溶劑C中，配置成濃度為0.25?2.5g/L懸浮液D;
[0036]步驟二:將懸浮液D轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中，并加入集流體E，密封后置于水熱感應(yīng)加熱設(shè)備中，在10?500KHZ的感應(yīng)頻率和O?1200A的輸出電流條件下反應(yīng)1min?24h，然后自然冷卻到室溫。
[0037]步驟三:將集流體E取出，用去離子水清洗3?6次，并于60?100°C下干燥12?24h，即可得到生長(zhǎng)有電極活性物質(zhì)的電極片。
[0038]實(shí)施例4
[0039]步驟一:將0.2?0.4g電極活性物質(zhì)A和0.02?0.06g導(dǎo)電劑B加入到140?18