正极材料,含有正极材料的水系电池的制作方法_2

文档序号:8445982阅读:来源:国知局
晶度不低于90%,从而进一步使石墨具有良好的对热稳 定性能和抗腐蚀性能。
[0036] 优选的,石墨包括第一石墨和第二石墨,第一石墨的粒径范围为15-50ym,第二石 墨的粒径范围为5-15ym。
[0037] 不同粒径的石墨,在一定配比内,可W大幅度提高导电性能、倍率性能和抗腐蚀性 能,同时抑制电池的自放电。
[003引具体的,小粒径的石墨可W有效的增大正极材料中正极活性物质与石墨之间的接 触面积,提高了导电剂石墨与正极活性物质微观界面导电能力,增强了正极材料的压实密 度和导电性能;而大粒径石墨具有良好的抗腐蚀能力,同时有效的构造了坚固的、连续的导 电网络的骨架,在电池正常充放电或浮充过程中,避免了导电网络骨架的巧塌和导电剂的 消耗,使电池的循环寿命大幅增强。优选的,导电剂石墨的粒径大于0. 5ym。
[0039] 具体的,粒径范围为15-50ym的第一石墨在石墨中的重量百分含量为30-50%。 粒径范围为5-15ym第二石墨在石墨中的重量百分含量为40-60%。剩余的为较小粒径的 石墨,即粒径范围为0. 5-5ym。不同粒径的石墨,W-定的配比相互配合,使石墨构筑的导 电网络既具有较大的接触面积,又具有良好的抗腐蚀能力,大大降低了正极材料的内阻,提 高了电池的浮充寿命,减少了自放电。
[0040] 优选的,石墨dlO的粒径为5-10ym。dlO表示在石墨中小于5-10ym粒径占10%, 大于小于5-10ym粒径的占90%。控制小粒径石墨的含量,减少石墨的反应活性,因此使石 墨具有更好的稳定性能和抗腐蚀能力。
[0041] 对于含有正极活性物质和导电剂的正极材料而言,要形成导电网络结构,导电剂 石墨的形貌很重要,具体的,石墨为纤维状石墨、片状石墨或球状石墨。优选的,石墨为片状 石墨,片状石墨具有各向异性,因此具有良好的抗腐蚀能力,从而改善电池自放电。
[0042] 除此之外,导电剂石墨的添加量还必须达到一定量,此时,导电剂可填充满正极活 性物质颗粒间的空隙,并且导电剂与正极活性物质之间、导电剂与导电剂之间有了有效的 接触。
[0043] 导电剂的含量有一个转折点,正极中的正极活性物质颗粒才能和导电剂石墨充分 接触,使界面电化学反应阻抗达到一个稳定值,正极的稳定性增加。导电剂含量太多会造成 正极单体体积中正极活性物质含量少,正极活性物质密度降低,使得电池容量下降;导电剂 含量太少则正极活性物质中电子导电通道少,导致正极活性物质利用率不高,正极容量降 低,循环性能也随之下降。具体的,导电石墨占正极材料的质量百分含量为5-15%。优选 的,导电石墨占正极材料的质量百分含量为6-14%。更加优选的,导电石墨占正极材料的质 量百分含量为12-14%。因此,在保证正极材料具有优异的导电性能的同时,使正极具有较 高的容量。
[0044] 在具体的实施方式中,在制备正极时,还会在正极材料中添加粘结剂,粘结剂有利 于使正极活性物质和导电剂均匀的粘结在一起,从而加工形成正极。具体的,粘结剂选自 但不仅限于聚合物,聚合物选自聚四氣己締(PTFE)、聚偏氣己締(PVD巧、駿甲基纤维素钢 (CMC)、駿甲基纤维素钢衍生物(CMCderivation)、了苯橡胶(SBR)、了苯橡胶衍生物(SBR derivation)中的至少一种。了苯橡胶衍生物如通过化学修饰获得的具有亲水性的了苯橡 胶(PSBR100)。
[0045] 本发明提供的正极材料,其中含有具有一定粒径大小的导电剂石墨,使得导电剂 石墨在正极材料中具有良好的导电性能和抗腐蚀性能,从而保证正极具有良好的导电性能 和稳定性能。
[0046] 本发明还提供了一种电池,电池包括正极、负极、W及设置在正极和负极之间的 电解液,正极包括正极材料,正极材料包括正极活性物质和导电剂石墨,正极活性物质能够 可逆脱出-嵌入第一金属离子,石墨的粒径小于50ym,石墨的结晶度不低于95%。
[0047] 在正极材料中,正极活性物质和导电剂石墨已在前面详细介绍,该里就不再一一 寶述。
[0048] 具体的,正极还包括负载正极活性物质的正极集流体,正极集流体仅作为电子传 导和收集的载体,不参与电化学反应,即在电池工作电压范围内,正极集流体能够稳定的存 在于电解液中而基本不发生副反应,从而保证电池具有稳定的循环性能。
[0049] 正极集流体的材料选自碳基材料、金属和合金中的一种。
[0化0] 碳基材料选自玻璃碳、石墨巧、石墨片、泡沫碳、碳拉、碳布、碳纤维中的一种。在具 体的实施方式中,正极集流体为石墨,如商业化的石墨压制的巧,其中石墨所占的重量比例 范围为90-100%。
[0化^ 金属包括Ni、A1、化、化、Pb、Ti、化、Mo、Co、Ag或经过纯化处理的上述金属中的一 种。
[0化2] 合金包括不诱钢、碳钢、A1合金、Ni合金、Ti合金、化合金、Co合金、Ti-Pt合金、 Pt-化合金或经过纯化处理的上述金属中的一种。
[0化3] 不诱钢包括不诱钢网、不诱钢巧,不诱钢的型号包括但不仅限于不诱钢304或者 不诱钢316或者不诱钢31化中的一种。
[0化4] 优选地,对正极集流体进行纯化处理,其的主要目的是,使正极集流体的表面形成 一层纯化的氧化膜,从而在电池充放电过程中,能起到稳定的收集和传导电子的作用,而不 会参与电池反应,保证电池性能稳定。正极集流体纯化处理方法包括化学纯化处理或电化 学纯化处理。
[0055]化学纯化处理包括通过氧化剂氧化正极集流体,使正极集流体表面形成纯化膜。 氧化剂选择的原则为氧化剂能使正极集流体表面形成一层纯化膜而不会溶解正极集流体。 氧化剂选自但不仅限于浓硝酸或硫酸高锦(Ce(S〇4)2)。
[0化6] 电化学纯化处理包括对正极集流体进行电化学氧化或对含有正极集流体的电池 进行充放电处理,使正极集流体表面形成纯化膜。
[0化7]更加优选的,正极还包括负载正极活性物质的复合集流体,复合集流体包括正极 集流体和包覆在正极集流体上导电膜。
[0化引导电膜的选材在水系电解液中可W稳定存在、不溶于电解液、不发生溶胀、高电 压不能被氧化、易于加工成致密、不透水并且导电的膜。一方面,导电膜对正极集流体可W 起到保护作用,避免水系电解液对正极集流体的腐蚀。另一方面,有利于降低正极片与正极 集流体之间的接触内阻,提高电池的能量。
[0059] 优选的,导电膜的厚度为10ym-2mm,导电膜不仅能够有效的起到保护正极集流体 的作用,而且有利于降低正极活性物质与正极集流体之间的接触内阻,提高电池的能量。
[0060] 正极集流体具有相对设置的第一面和第二面,优选的,正极集流体的第一面和第 二面均包覆有导电膜。
[0061] 导电膜包含作为必要组分的聚合物,聚合物占导电膜的重量比重为50-95%,优选 的,聚合物选自热塑性聚合物。为了使导电膜能够导电,有两种可行的形式;(1)聚合物为 导电聚合物;(2)除了聚合物之外,导电膜还包含导电填料。
[0062] 导电聚合物选材要求为具有导电能力但电化学惰性,即不会作为电荷转移介质的 离子导电。具体的,导电聚合物包括但不仅限于聚己诀、聚化咯、聚唾吩、聚苯硫離、聚苯胺、 聚丙締膳、聚嗟咐、聚对苯撑(polyparaphenylene)及其任意混合物。导电聚合物本身就具 有导电性,但还可W对导电聚合物进行渗杂或改性W进一步提高其导电能力。从导电性能 和电池中的稳定使用考量,导电聚合物优选聚苯胺、聚化咯、聚唾吩和聚己诀。
[0063] 同样的,导电填料的选材要求为表面积小、难于氧化、结晶度高、具有导电性但电 化学惰性,即不会作为电荷转移介质的离子导电。
[0064] 导电填料的材料包括但不仅限于导电聚合物、碳基材料或金属氧化物。导电填料 在导电膜
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