一种在极片表面涂覆固体电解质复合液的制备方法

文档序号:9827391阅读:556来源:国知局
一种在极片表面涂覆固体电解质复合液的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于二次电池领域,具体的说是通过正负极极片表面涂覆固体电解质复合 液制备出极片提高锂离子电池的循环性能。
【背景技术】
[0002] 锂离子动力电池以其循环寿命好、环境友好、能量密度高等优点而广泛应用于电 动汽车、储能等领域,但是制约其锂离子动力电池普遍应用的关键是成本,而影响成本的因 素主要有材料价格、产品合格率及其电池使用寿命。而通过延长锂离子电池使用寿命则是 一种可行、有效的降低锂离子电池成本方法。目前提高锂离子电池循环寿命方法很多,主要 通过采用高性能材料及其材料改性、优化电池/极片设计及其在材料中添加导电剂等,优化 极片设计方法之一是在活性物质表面涂覆一层提高循环寿命的物质以提高锂离子电池的 循环寿命。比如专利(CN 105098227 A)公开了全固态锂离子电池及其制备方法,即采用喷 墨打印技术制备全固态锂离子电池,提高锂离子的导电率,最大的发挥活性物质的容量性 质提高其循环性能,但是此制备方法目前在工艺方面技术不成熟、稳定性差、难以推广使 用。而若采用在正负极极片表面涂覆固体电解质复合液,则可以发挥其固体电解质优异的 离子导电性和导电剂的电子导电性,并提高锂离子电池的循环寿命,其方法简单,易于产业 化推广。

【发明内容】

[0003] 本发明正是基于目前锂离子电池循环寿命差等缺陷,目的是提供一种通过在极片 表面涂覆固体电解质复合液以提高锂离子电池的循环寿命的在极片表面涂覆固体电解质 复合液的制备方法。
[0004] 本发明的技术方案是通过以下方式实现的:一种在极片表面涂覆固体电解质复合 液的制备方法,是在正、负极极片表面涂覆固体电解质复合液,所述的固体电解质复合液由 固体电解质、导电剂、成膜剂、粘结剂及其溶剂组成,其质量比为:固体电解质:导电剂:成膜 剂:粘结剂:溶剂=1~10:1~5:0.5~2:1~10:100;其特征在于: 1) 、首先称取粘结剂在NMP溶剂中溶解搅拌均匀,添加固体电解质、导电剂、成膜剂并通 过高速分散机搅拌均匀后再添加溶剂调配粘度到500-3000mpa,s得到涂覆液; 2) 、通过凹版印刷技术将涂覆液涂覆在磷酸铁锂正极或负极的极片表面,涂覆厚度为 1-5μπι,干燥完毕后得到正极或负极的复合极片。
[0005] 所述固体电解质为:LiTi2(PO4)3 JiuAU3Ti1.7(P〇4)3、Li4GeQ.5V Q.50 冲的一种。
[0006] 所述的成膜剂为一缩二乙二醇单烷醚、丙二醇单烷醚、一缩二丙二醇单烷醚中的 一种。
[0007] 所述的导电剂为碳纳米管、石墨烯、气相碳纤维、炭黑中的任意一种。
[0008] 所述的粘结剂为聚丙烯酸、聚丙烯氰的一种或两种,其质量比:聚丙烯酸:聚丙烯 氰=1~9:1~9〇
[0009] 所述的溶剂为二次蒸馏水。
[0010] 本发明,采用固体电解质可以提高锂离子的传输速率,同时成膜剂可以降低极片 在干燥过程中粘结剂的收缩造成层与层之间的分离,提高其极片层间的粘附力,同时导电 剂又可以提高电子传输速率,并因此提高其锂离子电池的倍率和循环性能。
【附图说明】
[0011] 图1为实施例与对比例制备出锂离子电池的循环曲线图。
【具体实施方式】 [0012] 实施例1: 首先称取5克聚丙烯酸粘结剂溶于50gNMP溶剂中搅拌均匀,之后添加5g LiTi2(PO4)3固 体电解质,3g碳纳米管导电剂,Ig-缩二乙二醇单烷醚成膜剂并通过高速分散机搅拌均匀 之后再添加50gNMP溶剂调配粘度到2000mpa's最后得到涂覆液,之后通过凹版印刷技术将 涂覆液涂覆在磷酸铁锂正极极片表面,涂覆厚度为5μπι,干燥完毕后得到正极复合极片。
[0013] 实施例2: 首先称取1克聚丙烯氰粘结剂溶于50gNMP溶剂中搅拌均匀,之后添加 Ig LiuAltL3Tiu (PO4)3固体电解质,Ig石墨烯导电剂,0.5g丙二醇单烷醚成膜剂并通过高速分散机搅拌均匀 之后再添加50gNMP溶剂调配粘度到500mpa,s最后得到涂覆液,之后通过凹版印刷技术将涂 覆液涂覆在三元材料正极极片表面,涂覆厚度为Ιμπι,干燥完毕后得到正极复合极片。
[0014] 实施例3: 首先称取5克聚丙烯氰粘结剂和5g聚丙烯酸粘结剂,并溶50gNMP溶剂中搅拌均匀,之后 添加 IOg Li4Geo.5Vo.5〇4固体电解质,5g气相碳纤维导电剂,2g-缩二丙二醇单烷醚成膜剂并 通过高速分散机搅拌均匀之后再添加50gNMP溶剂调配粘度到3000mpa's最后得到涂覆液, 之后通过凹版印刷技术将涂覆液涂覆在石墨负极极片表面,涂覆厚度为2μπι,干燥完毕后得 到负极复合极片。
[0015] 对比例1:以市场上购置的三元材料制备出正极极片作为对比例1; 对比例2:以市场上购置的人造石墨制备出负极极片作为对比例2; (1)形貌测试。
[0016] 使用SEM法测试实施例1中制得的负极极片的形貌,结果如图1所示。
[00Π ] ⑵制作扣式电池测试。
[0018] 将对比例1-2及实施例1-3中得到的锂离子电池正极极片/负极极片按照如下方法 组装成扣式电池并测试: 1)在95g负极材料、Ig粘结剂LA132、4g导电剂SP中添加220mL溶剂二次蒸馏水,搅拌均 勾制备负极衆料,涂覆在铜箱上,烘干,$昆压制得负极极片。
[0019] 2)在95g正极材料、Ig粘结剂LA132、4g导电剂SP中添加220mL溶剂二次蒸馏水,搅 拌均匀制备正极浆料,涂覆在铝箱上,烘干,辊压制得正极极片。
[0020] 电解液使用LiPF6为电解质,浓度为1.3mol/L,体积比为1:1的EC和DEC为溶剂,金 属锂片作为对电极,隔膜采用聚乙烯(PE),聚丙烯(PP)或聚乙丙烯(PEP)复合膜,在充氢气 的手套箱中按照现有方法组装扣式电池。对比例1-2与实施例1-3中得到的锂离子电池分别 编号为 B1、B2、A1、A2、A3。
[0021] 2)将上述扣式电池在新威5V/10mA型电池测试仪上测试,充放电电压范围0.005-2.0V(负极片),2.5-3.65V(正极片),充放电倍率0.1 C,测试结果如表1所示。
[0022] 表1:扣式电池测试结果
注:表中首次效率=首次放电容量/首次充电容量。
[0023] (3)制作软包电池测试。
[0024] a)分别以对比例1正极极片及实施例1-2中制得的锂离子电池正极极片作为正极 材料,以磷酸铁锂材料为正极材料,电解液使用LiPF6为电解质,浓度为1.3mol/L,体积比为 1:1的EC和DEC为溶剂,隔膜使用Celgard 2400膜,利用现有技术制备出5Ah软包电池,对比 例1和实施例1-2中的锂离子电池编号为B1、A1、A2。
[0025] 分别以对比例2负极极片及实施例3中制得的锂离子电池负极极片作为负极材料, 以石墨材料为负极材料,电解液使用LiPF6为电解质,浓度为1.3mol/L,体积比为1:1的EC和 DEC为溶剂,隔膜使用Celgard 2400膜,利用现有技术制备出5Ah软包电池,对比例1和实施 例1-2中的锂离子电池编号为B2、A3。
[0026] b)测试上述软包电池的倍率性能和循环性能,其中倍率性能分别测试其在0.3C充 电后分别以〇.5(:、1.0(:、2.0(:、4.0(:、8.0(:倍率放电的性能,并测试其以2.0(:充电、2.0(:放电, 循环500次后的容量保持率,结果如表2所示。
[0027]表2:软包电池测试结果 从表1可以看出,采用实施例1~3所得的扣式电池,其放电容量及效率都明显高于对比 例,表明在其材料表面涂覆固体电解质可以提高电池的放电容量和效率。从表2可以看出, 实施例1-3制备出的软包电池的倍率性能及循环性能明显优于对比例的软包电池,其原因 为固体电解质可以提供更多的锂离子提高其大倍率条件下的循环性能,同时固体电解质涂 覆在活性物质表面又可以提高材料表面结构的稳定性。
【主权项】
1. 一种在极片表面涂覆固体电解质复合液的制备方法,是在正、负极极片表面涂覆固 体电解质复合液,所述的固体电解质复合液由固体电解质、导电剂、成膜剂、粘结剂及其溶 剂组成,其质量比为:固体电解质:导电剂:成膜剂:粘结剂:溶剂=1~10:1~5:0.5~2:1~10: 100;其特征在于: 1) 、首先称取粘结剂在匪P溶剂中溶解搅拌均匀,添加固体电解质、导电剂、成膜剂并通 过高速分散机搅拌均匀后再添加溶剂调配粘度到500-3000mpas得到涂覆液; 2) 、通过凹版印刷技术将涂覆液涂覆在磷酸铁锂正极或负极的极片表面,涂覆厚度为 1-5μπι,干燥完毕后得到正极或负极的复合极片。2. 根据权利要求1所述的一种在极片表面涂覆固体电解质复合液的制备方法,其特征 在于:所述固体电解质为:!^112(?〇4)3、1^ 1.3厶1().3111.7(?〇4)3、1^466().^(). 5〇4中的一种。3. 根据权利要求1所述的一种在极片表面涂覆固体电解质复合液的制备方法,其特征 在于:所述的导电剂为碳纳米管、石墨烯、气相碳纤维、炭黑中的任意一种。4. 根据权利要求1所述的一种在极片表面涂覆固体电解质复合液的制备方法,其特征 在于:所述的成膜剂为一缩二乙二醇单烷醚、丙二醇单烷醚、一缩二丙二醇单烷醚中的一 种。5. 根据权利要求1所述的一种在极片表面涂覆固体电解质复合液的制备方法,其特征 在于:所述的粘结剂为聚丙烯酸、聚丙烯氰的一种或两种,其质量比:聚丙烯酸:聚丙烯氰=1 ~9:1~9〇6. 根据权利要求1所述的一种在极片表面涂覆固体电解质复合液的制备方法,其特征 在于:所述的溶剂为二次蒸馏水。
【专利摘要】本发明公开了一种高循环性锂离子电池及其制备方法,具体的说通过在正负极极片表面涂覆固体电解质复合液制备出正负极复合极片,并以此极片制备出锂离子电池。其固体电解质复合液主要由固体电解质、导电剂、成膜剂、粘结剂及其溶剂组成。本发明制备出的正负极极片包含固体电解质复合物,由于固体电解质优异的离子电导性和导电剂的电子导电性,一方面可以提高极片的离子电导性,从而有效降低锂离子电池内阻,另一方面可以利用导电剂的电子导电性提高其电子传输速率和吸液能力,并依靠其成膜剂降低极片在干燥过程中活性物质中的粘结剂收缩率和电解质层中粘结剂的收缩率基本相同,提高极片不同层之间的粘附力,从而全面提高锂离子的电化学性能。
【IPC分类】H01M10/0525, H01M10/0562, H01M10/058, H01M4/62, H01M4/58
【公开号】CN105591105
【申请号】CN201610148968
【发明人】丁建民
【申请人】江苏乐能电池股份有限公司
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2016年3月16日
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