专利名称：：一种电池电极的制备方法
技术领域：
：本发明是关于一种电池电极的制备方法。技术背景二次电池，如锂离子电池、碱性二次电池，广泛应用于3C产品，也即个人电脑、移动电话和诸如便携式CD机、PDA之类的个人无线电子设备中。二次电池一般包括外壳、电解液、电极和隔膜，电极包括正极极片和负极极片，隔膜位于正极极片和负极极片之间。正极极片包括正极集流体和负载在正极集流体上的正极材料，负极极片包括负极集流体和负载在负极集流体上的负极材料。现有的电池电极的制作中，普遍采用涂敷的方式。例如，正极极片的制作方法一般包括将正极材料与溶剂混合制成正极浆料，将正极桨料涂覆和/或填充在正极集流体上，干燥并压实，负极极片的制作方法与正极极片的制作方法大致相同，只是先使用负极材料制成负极浆料。使用上述涂覆法制作电池电极的过程中，敷料厚度的均一性存在偏差，所以就使得电极厚度、重量均一性较差，而且在制备电极的过程中必须使用合适的粘结剂来完成电极的制备，这样就减少了正负极活性物质的用量，因此由现有的电池电极制作方法制得的电极组成的电池的比容量较低、循环性能较差。
发明内容本发明的目的是为了克服由现有的电池电极制作方法制得的电极组成的电池的比容量较低、循环性能较差的缺点，提供一种电池电极的制备方法，由该方法制得的电极组成的电池的比容量高、循环性能好。本发明的发明人发现，将电极材料分散在分散介质中形成悬浮液，悬浮液中的电极材料颗粒带有电荷，将直流电源的两极与悬浮液同时接触时，在电场力作用下，带有电荷的电极材料向电源的带有相反电荷的一极移动。如果将所述电源的带有相反电荷的一极与电极集流体相连并将该电极集流体放在所述悬浮液中，则可以利用电泳原理，使带有电荷的电极材料向电极集流体移动并沉积在集流体上，从而制得电极。本发明提供了一种电池电极的制备方法，该方法包括将电极材料负载在电极集流体上，其中，将电极材料负载在电极集流体上的方法包括将电极集流体放在含有电极材料的悬浮液中，电极集流体与直流电源的一极相连，直流电源的另一极与惰性电极相连，该惰性电极放在所述悬浮液中，接通直流电源，将电极材料电泳沉积在电极集流体上。本发明提供的电池电极的制备方法将电极材料电泳沉积在电极集流体上，可以实现以下优点1、电泳沉积的电极材料颗粒之间具有足够的结合力，无需粘结剂，提高了电极活性物质的敷料量，从而提高电池的比容量；2、通过电泳沉积能够将电极材料均匀细致地负载在电极集流体上，制得的电极极片的厚度均一，从而提高电池的循环性能；3、本发明的方法无需压片，步骤简单、节省时间，可通过控制电源电压和电泳时间方便地控制负载在集流体上的电极材料层的厚度。具体实施方式本发明提供的电池电极的制备方法包括将电极材料负载在电极集流体上，其中，将电极材料负载在电极集流体上的方法包括将电极集流体放在含有电极材料的悬浮液中，电极集流体与直流电源的一极相连，直流电源的另一极与惰性电极相连，该惰性电极放在所述悬浮液中，接通直流电源，将电极材料电泳沉积在电极集流体上。可以根据所要负载的电极材料的量来调节直流电源的电压和电泳时间。所述直流电源的电压可以为10-3000伏，优选为20-2000伏。电泳的时间可以为5-60分钟，优选为10-30分钟。电泳的温度可以为25-80。C，优选为40-70。C。在电泳过程中，优选使直流电源的电压保持恒定，这样可以使沉积在电极集流体上的电极材料更加均一。可以使用常规的各种稳压器使直流电源的电压保持恒定。所述稳压器可以商购得到，例如台湾艾德克斯公司生产的6800型号稳压器。所述惰性电极可以为常规的电泳用惰性电极，优选为平板石墨电极或铂电极。本发明制备的电极的极片厚度可以为其常规厚度，优选为40-300微米。所述悬浮液含有电极材料和分散介质，可以通过将电极材料加入到分散介质中而制得。以IOO重量份的分散介质为基准，电极材料的加入量可以为0.1-50重量份，优选为2-35重量份，更优选为5-20重量份。在形成悬浮液的过程中，可以使用超声波振荡或磁力搅拌使电极材料分散地更加均匀。所述超声波振荡和磁力搅拌的方法已为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。所述电极材料的平均粒子直径可以为其常规的平均粒子直径，优选为5-50微米，更优选为5-20微米。所述分散介质可以为任何能够将电极材料分散其中的分散介质，例如，所述分散介质可以选自水、醇、腈、呋喃、醛、有机羧酸酯和酮中的一种或几种。所述醇可以为碳原子数为1-10的醇，优选为碳原子数为1-6的醇。所述醇可以为一元醇或多元醇。在本发明中，所述醇的例子包括但不限于甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、戊醇、新戊醇、己醇、环己醇、乙二醇和丙三醇。所述呋喃优选为四氢呋喃。所述腈优选为乙腈。所述醛可以为碳原子数为2-10的醛，优选为碳原子数为2-6的醛。所述有机羧酸酯可以为碳原子数为2-10的有机羧酸，优选为碳原子数为2-6的有机羧酸。所述酮可以为碳原子数为3-10的酮或N-甲基吡咯烷酮(NMP)，优选为碳原子数为3-6的酮或NMP。所述分散介质优选为水、异丙醇、乙醇和NMP中的一种或几种。电泳之后，还可以对电极洗涤并干燥。洗涤的方法可以为用水冲洗电极，直至冲洗液呈中性为止。所述干燥可以为常规的干燥方法，如自然干燥、加热干燥、鼓风干燥或真空干燥，优选在50-200。C下干燥，更优选在80-180"下干燥。本发明提供的电池电极制备方法适用于制备各种电池的电极，例如，锂离子电池的正负极、碱性二次电池的正负极，只需用相应的电极材料形成所述悬浮液并使用相应的电极集流体即可。例如，制备锂离子电池正极时，所述电极材料为锂离子电池的正极材料，该正极材料包括正极活性物质。所述锂离子正极活性物质的种类已为本领域技术人员所公知，例如，所述正极活性物质可以为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和镍酸锂中的一种或几种。所述正极材料还可以包括导电剂，导电剂的量为正极活性物质的0-15重量％，优选为1-10重量％。导电剂的种类己为本领域技术人员所公知，例如，可以为导电碳黑、超导碳黑、导电石墨和乙炔黑中的一种或几种。将所述正极材料加入到分散介质中形成悬浮液。所述悬浮液的pH值优选为0.3-6.5，更优选为0.5-2。可以通过常规的方法将悬浮液的pH值调至上述范围，例如，在悬浮液中加入盐酸。所述电极集流体为锂离子电池正极集流体，所述锂离子电池正极集流体已为本领域技术人员所公知。本发明中，所述锂离子电池正极集流体优选为铜箔或铝箔，更优选为铝箔。将锂离子电池正极集流体放入所述悬浮液中并与直流电源的负极相连，直流电源的正极与惰性电极相连。所述直流电源的电压优选为10-400伏，更优选为20-300伏。制得的锂离子电池正极的极片厚度优选为70-300微米，更优选为70-100微米。制备锂离子电池负极时，所述电极材料为锂离子电池的负极材料，该负极材料包括负极活性物质。所述锂离子负极活性物质的种类已为本领域技术人员所公知，例如，所述负极活性物质可以为天然石墨、人造石墨、石油焦、有机裂解碳、中间相碳微球、碳纤维、锡合金、硅合金中的一种或几种，优选人工石墨。所述负极材料还可以包括导电剂，导电剂的量为负极活性物质的0-15重量％，优选为1-10重量％。导电剂的种类己为本领域技术人员所公知，例如，可以为导电碳黑、超导碳黑、导电石墨和乙炔黑中的一种或几种。将所述负极材料加入到分散介质中形成悬浮液。所述悬浮液的pH值优选为0.5-6.5，更优选为3-4。可以通过常规的方法将悬浮液的pH值调至上述范围，例如，在悬浮液中加入盐酸。所述电极集流体为锂离子电池负极集流体，所述锂离子电池负极集流体已为本领域技术人员所公知。本发明中，所述锂离子电池负极集流体优选为铜箔或铝箔，更优选为铜箔。将锂离子电池负极集流体放入所述悬浮液中并与直流电源的正极相连，直流电源的负极与惰性电极相连。所述直流电源的电压优选为400-3000伏，更优选为500-2000伏。制得的锂离子电池正极的极片厚度优选为40-70微米。下面通过实施例来更详细地描述本发明。实施例1该实施例用于说明本发明提供的电池电极的制备方法。将15重量份LiCo02粉末(平均粒子直径为8微米)加入到100重量份异丙醇中，以2000转/分钟搅拌30分钟，形成悬浮液，滴加盐酸将悬浮液的pH值调至1。将悬浮液转移到电解槽中，水浴温度控制在5(TC，将石墨电极和铝箔(长度为89.0毫米，宽度为38.5毫米，厚度为0.016毫米)分别放入装有悬浮液的电解槽中。将石墨电极与直流电源的正极相连，铝箔与直流电源的负极相连，使电源的电压稳定在200伏，接通电源开始电泳。电泳10分钟后，取出负载有LiCo02的铝箔，用水洗涤至洗涤液呈中性，然后在8(TC下烘干，得到正极Al，正极Al的极片厚度为0.090毫米。正极Al含有1.220克LiCo02。实施例2该实施例用于说明本发明提供的电池电极的制备方法。将5重量份LiCo02粉末(平均粒子直径为10微米)加入到100重量份乙腈中，以2000转/分钟搅拌30分钟，形成悬浮液，滴加盐酸将悬浮液的pH值调至0.5。将悬浮液转移到电解槽中，水浴温度控制在4(TC，将铂电极和铝箔(长度为89.0毫米，宽度为38.5毫米，厚度为0.016毫米)分别放入装有悬浮液的电解槽中。将铂电极与直流电源的正相连，铝箔与直流电源的负极相连，使电源的电压稳定在50伏，接通电源开始电泳。电泳30分钟后，取出负载有LiCo02的铝箔，用水洗涤至洗涤液呈中性，然后在8(TC下烘干，得到正极A2，正极A2的极片厚度为0.085毫米。正极A2含有1.125克LiCo02。实施例3该实施例用于说明本发明提供的电池电极的制备方法。将10重量份石墨粉末(平均粒子直径为25微米)加入到100重量份NMP中，以2000转/分钟搅拌30分钟，形成悬浮液，滴加盐酸将悬浮液的pH值调至3。将悬浮液转移到电解槽中，水浴温度控制在80°C，将石墨电极和铜箔(长度为91.0毫米，宽度为40.5毫米，厚度为0.010毫米)分别放入装有悬浮液的电解槽中。将石墨电极与直流电源的负极相连，铜箔与直流电源的正极相连，使电源的电压稳定在500伏，接通电源开始电泳。电泳10分钟后，取出负载有石墨的铜箔，用水洗涤至洗涤液呈中性，然后在8(TC下烘干，得到负极B1，负极B1的极片厚度为0.105毫米。负极B1含有0.630克石墨。实施例4该实施例用于说明本发明提供的电池电极的制备方法。将4重量份石墨(平均粒子直径为25微米)加入到50重量份乙醇和50重量份水的混合物中，以2000转/分钟搅拌30分钟，形成悬浮液，滴加盐酸将悬浮液的pH值调至4。将悬浮液转移到电解槽中，水浴温度控制在7(TC，将铂电极和铜箔(长度为91.0毫米，宽度为40.5毫米，厚度为0.010毫米)分别放入装有悬浮液的电解槽中。将铂电极与直流电源的负极相连，铜箔与直流电源的正极相连，使电源的电压稳定在IOOO伏，接通电源开始电泳。电泳15分钟后，取出负载有石墨的铜箔，用水洗涤至洗涤液呈中性，然后在8(TC下烘干，得到负极B2，负极B2的极片厚度为0.095毫米。负极B2含有0.565克石墨。对比例1该对比例用于说明现有的电池电极的制备方法。将正极材料(100重量份正极活性物质LiCo02，4重量份粘接剂聚偏二氟乙烯，4重量份导电剂乙炔黑)和40重量份溶剂NMP混合均匀，制得正极浆料，将该正极浆料均匀涂布在铝箔(长度为89.0毫米，宽度为38.5毫米，厚度为0.016毫米)表面，干燥、压片，得到正极极片CA1。其中该正极极片含有1.342克正极活性物质LiCo02。对比例2该对比例用于说明现有的电池电极的制备方法。将负极材料(IOO重量份石墨，5重量份粘合剂聚四氟乙烯)和40重量份溶剂NMP混合均匀，制得负极浆料，将该负极浆料均匀涂布在铜箔(长度为91.0毫米，宽度为40.5毫米，厚度为0.010毫米)表面，干燥、压片，得到负极极片CB1。其中该负极极片含有0.670克石墨。实施例5-8实施例5-8分别用于说明由实施例1和2制得的正极与实施例3和4制得的负极组装的锂离子电池的性能。按照下述方法，使用实施例1和2制得的正极与实施例3和4制得的负极，分别组装成锂离子电池Dl至D4:将正极、负极与聚丙烯膜巻绕成一个方型锂离子电池的极芯，然后将非水电解液以3.8g/Ah的量注入电池壳中，密封，制成锂离子电池。该电解液含有1摩尔/升LiPF6，溶剂为重量比为30:34:11:12的碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯和碳酸二甲酯的混合物。在BK-6016AR柜(广州蓝奇电子实业有限公司)上按照如下方法测定上述得到的电池Dl至D4的比容量和循环性能。比容量以0.1C的电流从4.2V首次放电至3.0V的放电容量与正极活性物质或负极活性物质的质量的比值；循环性能在25。C下，以10毫安的恒电流将电池充电至2.5伏，然后以10毫安的恒电流将电池放电至0.005伏，记录循环充放电n次后电池的容量，以该容量与电池初始容量的百分比值作为容量剩余率来表示电池的循环性能，容量剩余率越高说明电池的循环性能约好。测定结果如表1所示。对比例3该对比例用于说明由对比例1制得的正极与对比例2制得的负极组装的锂离子电池的性能。按照与实施例5-8相同的方法，将对比例1的正极与对比例2的负极组装成锂离子电池CD1。按照与实施例5-8相同的方法测定锂离子电池CD1的比容量和循环性能。结果如表1所示。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>从表1所示的测定结果可以看出，实施例5-8的电池Dl-4的比容量明显高于对比例3的电池CD1，电池Dl-4循环50次和300次后的容量剩余率也明显高于电池CD1，说明本发明提供的电池电极制备方法得到的电极能够显著提高电池的比容量并显著改善电池的循环性能。权利要求1.一种电池电极的制备方法，该方法包括将电极材料负载在电极集流体上，其特征在于，将电极材料负载在电极集流体上的方法包括将电极集流体放在含有电极材料的悬浮液中，电极集流体与直流电源的一极相连，直流电源的另一极与惰性电极相连，该惰性电极放在所述悬浮液中，接通直流电源，将电极材料电泳沉积在电极集流体上。2、根据权利要求1所述的方法，其中，所述直流电源的电压为10-3000伏，电泳的时间为5-60分钟，电泳的温度为25-80°C。3、根据权利要求2所述的方法，其中，所述直流电源的电压为20-2000伏，电泳的时间为10-30分钟，电泳的温度为40-70°C。4、根据权利要求1所述的方法，其中，所述悬浮液含有电极材料和分散介质，以100重量份的分散介质为基准，电极材料的含量为0.1-50重量份；所述分散介质选自水、醇、腈、呋喃、醛、有机羧酸酯和酮中的一种或几种。5、根据权利要求1或4所述的方法，其中，所述电极材料的平均粒子直径为5-50微米。6、根据权利要求4所述的方法，其中，所述分散介质为水、异丙醇、乙醇和N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种。7、根据权利要求1所述的方法，其中，所述电极材料为锂离子电池的正极材料，所述电极集流体为锂离子电池正极集流体，锂离子电池正极集流体与所述直流电源的负极相连，直流电源的正极与所述惰性电极相连。8、根据权利要求7所述的方法，其中，所述直流电源的电压为10-400伏，所述悬浮液的pH值为0.5-2，所述锂离子电池正极集流体为铝箔。9、根据权利要求1所述的方法，其中，所述电极材料为锂离子电池的负极材料，所述电极集流体为锂离子电池负极集流体，锂离子电池负极集流体与所述直流电源的正极相连，直流电源的负极与所述惰性电极相连。10、根据权利要求9所述的方法，其中，所述直流电源的电压为400-3000伏，所述悬浮液的pH值为3-4，所述锂离子电池负极集流体为铜箔。全文摘要一种电池电极的制备方法包括将电极材料负载在电极集流体上，其中，将电极材料负载在电极集流体上的方法包括将电极集流体放在含有电极材料的悬浮液中，电极集流体与直流电源的一极相连，直流电源的另一极与惰性电极相连，该惰性电极放在所述悬浮液中，接通直流电源，将电极材料电泳沉积在电极集流体上。本发明提供的电池电极的制备方法将电极材料电泳沉积在电极集流体上，可以提高电池的比容量和循环性能。文档编号C25D13/18GK101210339SQ20061016733公开日2008年7月2日申请日期2006年12月27日优先权日2006年12月27日发明者晞沈,赟王,磊韩申请人:上海比亚迪有限公司