专利名称：一种用于锂离子电池极片的组合物配方及其制备方法
技术领域：
本发明属于锂离子电池领域，涉及一种用于锂离子电池极片的组合物配方以及该 组合物的制备方法。
背景技术：
锂离子电池由于其工作电压高、体积小、质量轻、比能量高、自放电小、循环寿命长 等优点成为移动通讯、数码相机等小型电子器件的主要电源。随着石化资源的减少，锂离子 电池替代部分石化能源是一种切实可行的办法。目前锂离子电池在制备过程中都是采用勻浆、涂布的工艺来实现锂离子电池极片 的制备。在勻浆过程中添加了大量的溶剂如N-甲基吡咯烷酮(NMP)，大大增加了电池成 本，溶剂的大量加入使浆料固体含量非常低，而且大部分有机溶剂在干燥过程中蒸发除掉， 对环境造成了污染。涂布是通过对辊和背辊的缝隙来调节面密度。影响极片面密度的因素 有浆料的因素、工艺的因素和涂布机的因素，包括浆料中的固体含量、浆料的粘度、干燥的 温度、集流体的平整度、对辊和背辊的缝隙、还有机器振动时产生的偏移等。这些因素共同 作用致使极片中的面密度在很大的范围内波动，结果由极片组装的单只电池的容量相差很 大，大大降低了电池组配组的成品率，甚至大大缩减了电池组的寿命。
发明内容
本发明提供了一种用于锂离子电池极片(正极极片和负极极片)的组合物配方以 及该组合物的制备方法。这种组合物尤其适用于由本专利发明人发明的一种全新的锂离子 电池极片的制备工艺，即用注塑成型法制备电池极片的工艺过程。本发明的组合物配方中 因没有使用溶剂而大大降低了电池极片的制造成本，同时也利于环保。本发明因加入了添 加剂而有效的改善了喂料组合物的流动性，易于制得均勻一致的喂料，从而达到极片面密 度的均勻一致，特别适合动力电池组制备工艺使用，能大幅度提高电池组配组成品率。本发明的一个方面，提供了一种用于锂离子电池极片的组合物，该组合物由粉料 和胶组成，其中粉料由正极或负极活性物质和导电剂组成，胶由粘接剂和添加剂组成，粉料 和胶的质量配比为粉料80 97%，胶3 20%。根据本发明的一个具体但非限制性的实施方案，粉中各组分所占的质量百分比 正极或负极活性物质85 98%，导电剂2 15%;胶中各组分所占的质量百分比粘接 剂80 96%，添加剂4 20%。根据本发明的一个具体但非限制性的实施方案，正极活性物质是层状化合物，其 化学式为LiM02，其中M为Ni，Mn, Co中的一种或几种；尖晶石化合物，其化学式为LiMn204 ； 橄榄石结构物质，其化学式为LiFeP04，或上述物质的改性物质，或者上述物质中的一种或 几种的组合；负极活性物质是炭材料或过渡金属氧化物或者它们的组合。根据本发明的一个具体但非限制性的实施方案，炭材料是天然石墨、人工石墨、炭 纤维、无定形碳中的一种或几种的组合。
根据本发明的一个具体但非限制性的实施方案，过渡金属氧化物为1^打04或 Li4Ti5012或者它们的组合。根据本发明的一个具体但非限制性的实施方案，导电剂是导电石墨、乙炔黑和导 电高分子物质中的一种或几种。根据本发明的一个具体但非限制性的实施方案，粘接剂是热塑性树脂。根据本发明的一个具体但非限制性的实施方案，粘接剂为聚四氟乙烯(PTFE)、聚 偏二氟乙烯(PVDF)、丁苯乳胶(SBR)中的一种或几种的组合。根据本发明的一个具体但非限制性的实施方案，添加剂为丙三醇、蓖麻油、油酸、 非离子型土温中的一种或几种的组合。本发明的另一个方面，提供了一种上述组合物的制备方法，主要包括以下步骤炼胶，往混炼机料斗中加入粘接剂，在80 350°C温度下混炼1 4小时，加入添 加剂继续混炼1 4小时至均勻；混炼，炼胶至均勻后，往料斗中加入活性物质，混炼1 4小时，再加入导电剂继续 混炼4 12小时至均勻后出料，得到喂料组合物；粉碎，将喂料组合物用粉碎机粉碎。
具体实施例方式下文提供了具体的实施方式进一步说明本发明，但本发明不仅仅限于以下的实施 方式。本发明的一个具体但非限定性的实施方式是提供了一种用于锂离子电池极片的 组合物，该组合物由粉料和胶组成，其中粉料由活性物质和导电剂组成，胶由粘接剂和添加 剂组成。粉料和胶的质量配比为粉料80 97%，胶3 20%。一种优选的实施方案是， 粉中各组分所占的质量百分比正极或负极活性物质85 98%，导电剂2 15% ；胶中 各组分所占的质量百分比粘接剂80 96%，添加剂4 20%。具体地说，活性物质为正极活性物质或负极活性物质。正极活性物质可以是层状 化合物，其化学式为LiM02，其中M为M，Mn, Co中的一种或几种；尖晶石化合物，其化学式为 LiMn204 ；橄榄石结构物质，其化学式为LiFeP04，或上述物质的改性物质，或者上述物质中的 一种或多种的组合。负极活性物质包括炭材料或过渡金属氧化物，炭材料可以是例如天然 石墨、人工石墨、炭纤维、无定形碳；过渡金属氧化物为LiTi04或者Li4Ti5012。 导电剂可以是导电石墨、乙炔黑以及导电高分子物质中的一种或几种的组合。粘接剂可以是热塑性树脂，具体如聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、丁 苯乳胶(SBR)中的一种或几种的组合。添加剂为丙三醇、蓖麻油、油酸、非离子型土温等。添加剂的加入可以有效的改善 喂料组合物的流动性，易于制得均勻一致的喂料。本发明的组合物可以通过以下方法制备1、炼胶往混炼机料斗中加入粘接剂，在80 350°C温度下混炼1 4小时，加入添 加剂继续混炼1 4小时至均勻。2、混 炼炼胶至均勻后，往料斗中加入活性物质，混炼1 4小时，再加入导电剂继 续混炼4 12小时至均勻后出料，即为喂料组合物。
3、粉碎将喂料组合物用粉碎机粉碎，以便于注塑机使用。为了简化工艺步骤，在上述的炼胶过程中，粘接剂与添加剂可以同时加入混炼 1 4小时，不必分步混炼；在上述的混炼过程中，活性物质与导电剂也可以同时加入混炼 4 12小时，不必分步混炼。以上制得的喂料组合物通过注塑成型法，用精密注塑成型机精确控制注塑量，把 喂料注塑到一定面积的集流体上，经过干燥、压片等工艺后，制成锂离子电池极片。这种工 艺方法已由本专利申请人于同日向中国专利局提出了发明专利申请，发明名称为“一种锂 离子电池极片制备方法”，在此被全文引用。下面用几个具体的实施例对本发明做进一步的描述。但以下的实施例不应理解为 对本发明保护范围的具体限定。实施例1准确称取5. 00公斤聚四氟乙烯加入到混炼机中在300°C混炼4小时，称取0. 25公 斤丙三醇和0. 25公斤土温80加入到混炼机中继续混炼4小时，温度保持不变，之后往混 炼机中加入56. 00公斤磷酸铁锂混炼4小时，添加2. 00公斤鳞片石墨和1. 00公斤乙炔黑， 继续混炼6小时后冷却，粉碎制得正极喂料组合物。准确称取2. 00公斤聚四氟乙烯加入到 混炼机中在300°C混炼4小时后，添加0. 10公斤丙三醇和0. 10公斤土温80混炼2小时，温 度保持不变。之后，往混炼机中加入负极石墨36. 00公斤混炼4小时，添加乙炔黑1. 50公 斤和导电石墨0. 80公斤继续混炼6小时后冷却，粉碎得到负极喂料组合物。用精密注塑机把磷酸铁锂正极喂料组合物注塑到含铝箔集流体模腔中，厚度为 250微米，负极喂料组合物注塑到含铜箔集流体模腔中，厚度为160微米。把极片在120°C 真空干燥10小时后，用平压机压实极片，使正极极片的厚度为140微米，负极极片的厚度为 110微米。对比例子为了进行比较，我们用普通涂布工艺制备同样厚度的极片。正极极片的制备往真空搅拌机中加入56. 00公斤磷酸铁锂、2. 00公斤鳞片石墨、 1. 00公斤乙炔黑、5. 00公斤聚四氟乙烯、85. 00公斤N-甲基吡咯烷酮，搅拌6小时后真空 脱气，用涂布机把浆料涂到铝箔集流体上，厚度为250微米。干燥后用辊压机压实，厚度为 140 u m。负极极片的制备往真空搅拌机中加入36. 00公斤负极石墨、1. 50公斤乙炔黑、 0. 80公斤导电石墨、2. 00公斤聚四氟乙烯、55. 00公斤去离子水，搅拌6小时后真空脱气，用 涂布机把浆料涂到铜箔集流体上，厚度为160微米。干燥后用辊压机压实，厚度为110 ym。因为本发明的组合物中不含有机溶剂N_甲基吡咯烷酮，所以用本发明的组合物 生产锂离子电池极片，制造成本将大大降低，同时也环保。为了比较极片的均一程度，选取极片上任意十点位置，测量极片的厚度，同时把集 流体上的4cm2面积上的粉体刮下来进行重量称量计算面密度，结果如表
5 从表中可以看出用本发明的组合物制备的锂离子电池极片均一性比普通涂布工 艺(含有机溶剂)的高。为了对比极片的柔软度，把采用本发明组合物制备的极片与普通涂覆工艺(含有 机溶剂)制备的极片进行了弯折对比试验，弯折至极片出现断裂的次数来衡量极片的柔软 度，弯折次数越多而极片不折损说明极片柔软度越好。结果如表 从上表看出，用本发明的组合物制备的极片的柔软度明显优于普通涂覆工艺制备 的极片。实施例2准确称取5. 00公斤聚四氟乙烯、0. 25公斤丙三醇和0. 25公斤油酸，分别加入到混 炼机中，在300°C混炼4小时后，往混炼机中加入56. 00公斤磷酸铁锂、2. 00公斤鳞片石墨、 1. 00公斤乙炔黑，继续混炼6小时后制得正极喂料；准确称取2. 00公斤聚四氟乙烯、0. 10 公斤丙三醇和0. 10公斤油酸，分别加入到混炼机中，在300°C混炼4小时后，往混炼机中加 入负极石墨36. 00公斤、乙炔黑1. 50公斤、导电石墨0. 80公斤继续混炼6小时后得到负极 喂料。用精密注塑机把正极喂料注塑到含铝箔集流体的模腔中，厚度为250微米，涂料量为 31. 00g;把负极喂料注塑到含铜箔集流体模腔中，厚度为160微米，涂料量为16.00g。把极 片在200°C真空干燥10小时后，用平压机压实极片，使正极极片的厚度为140微米，负极极 片的厚度为110微米。然后添加隔膜，卷绕注液，做成电池，0. 1C化成，分别以0. 5C和1C分 容。同样按照普通涂布的方法，使用含有机溶剂的配方制备极片然后组装成电池，按 照同样的工艺化成分容。涂布工艺制备极片如下正极极片的制备往真空搅拌机中加入56. 00公斤磷酸铁锂、2. 00公斤鳞片石墨、
1. 00公斤乙炔黑、5. 00公斤聚四氟乙烯、85. 00公斤N-甲基吡咯烷酮，搅拌6小时后真空
脱气，用涂布机把浆料涂到铝箔集流体上，厚度为250微米。干燥后用辊压机压实，厚度为140 u m。负极极片的制备往真空搅拌机中加入36. 00公斤负极石墨、1. 50公斤乙炔黑、 0. 80公斤导电石墨、2. 00公斤聚四氟乙烯、55. 00公斤去离子水，搅拌6小时后真空脱气，用 涂布机把浆料涂到铜箔集流体上，厚度为160微米。干燥后用辊压机压实，厚度为110 ym。两种工艺组装成电池的化成分容结果如下表 可以看出用本发明组合物制备的极片由于后续工艺的重现性好，保证了极片的均 一性，电池的成品率高于普通涂布方法制备电池的成品率。实施例3-5为本发明用于锂离 子电池极片的几种具体的组合物配方以及它们相应的制备方法。实施例3准确称取5. 00公斤聚四氟乙烯、0. 25公斤丙三醇和0. 25公斤油酸，分别加入到 混炼机中，在300°C混炼4小时后，往混炼机中加入56. 00公斤锰酸锂、2. 00公斤鳞片石墨、 1. 00公斤乙炔黑，继续混炼6小时后制得正极喂料；准确称取2. 00公斤丁苯乳胶、0. 10公 斤丙三醇和0. 10公斤油酸，分别加入到混炼机中，在300°C混炼4小时后，往混炼机中加入 负极石墨36. 00公斤、乙炔黑1. 50公斤、导电石墨0. 80公斤继续混炼6小时后得到负极喂 料。实施例4准确称取5. 00公斤聚四氟乙烯、0. 25公斤丙三醇和0. 25公斤油酸，分别加入到混 炼机中，在300°C混炼4小时后，往混炼机中加入56. 00公斤二元镍锰酸锂、2. 00公斤鳞片 石墨、1. 00公斤乙炔黑，继续混炼6小时后制得正极喂料；准确称取2. 00公斤聚四氟乙烯、
0.10公斤丙三醇和0. 10公斤油酸，分别加入到混炼机中，在300°C混炼4小时后，往混炼机 中加入负极石墨36. 00公斤、乙炔黑1. 50公斤、导电石墨0. 80公斤继续混炼6小时后得 到负极喂料。实施例5准确称取5. 00公斤聚四氟乙烯、0. 25公斤丙三醇和0. 25公斤油酸，分别加入到混 炼机中，在300°C混炼4小时后，往混炼机中加入56. 00公斤磷酸铁锂、2. 00公斤鳞片石墨、
1.00公斤乙炔黑，继续混炼6小时后制得正极喂料；准确称取2. 00公斤聚四氟乙烯、0. 10 公斤丙三醇和0. 10公斤油酸，分别加入到混炼机中，在300°C混炼4小时后，往混炼机中加 入钛酸锂36. 00公斤、乙炔黑1. 50公斤、导电石墨0. 80公斤继续混炼6小时后得到负极喂 料。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用 等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
权利要求
一种用于锂离子电池极片的组合物，由粉料和胶组成，其中粉料由正极或负极活性物质和导电剂组成，胶由粘接剂和添加剂组成，粉料和胶的质量配比为粉料80～97％，胶3～20％。
2.根据权利要求1的组合物，其中，粉料中各组分所占的质量百分比正极或负极活性 物质85 98%，导电剂2 15% ；胶中各组分所占的质量百分比粘接剂80 96%，添加剂4 20%。
3.根据权利要求1或2的组合物，其中正极活性物质是层状化合物，其化学式为LiM02， 其中M为Ni，Mn，Co中的一种或几种；尖晶石化合物，其化学式为LiMn204 ；橄榄石结构物质， 其化学式为LiFeP04，或上述物质的改性物质，或者上述物质中的一种或几种的组合；负极活性物质是炭材料或过渡金属氧化物或者它们的组合。
4.根据权利要求3的组合物，其中炭材料是天然石墨、人工石墨、炭纤维、无定形碳中 的一种或几种的组合。
5.根据权利要求3的组合物，其中过渡金属氧化物为1^1104或1^4115012或者它们的组合。
6.根据权利要求1或2的组合物，其中导电剂是导电石墨、乙炔黑和导电高分子物质中 的一种或几种。
7.根据权利要求1或2的组合物，其中粘接剂是热塑性树脂。
8.根据权利要求7的组合物，其中粘接剂为聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、 丁苯乳胶(SBR)中的一种或几种的组合。
9.根据权利要求1或2的组合物，其中添加剂为丙三醇、蓖麻油、油酸、非离子型土温中 的一种或几种的组合。
10.如权利要求1-9中任一所述组合物的制备方法，其特征在于，主要包括以下步骤 炼胶，往混炼机料斗中加入粘接剂，在80 350°C温度下混炼1 4小时，加入添加剂继续混炼1 4小时至均勻；混炼，炼胶至均勻后，往料斗中加入活性物质，混炼1 4小时，再加入导电剂继续混炼 4 12小时至均勻后出料，得到喂料组合物； 粉碎，将喂料组合物用粉碎机粉碎。
全文摘要
本发明提供了一种用于锂离子电池极片的组合物配方及其制备方法。该组合物由粉料和胶组成，其中粉料由正极或负极活性物质和导电剂组成，胶由粘接剂和添加剂组成，粉料和胶的质量配比为粉料80～97％，胶3～20％。本发明通过混炼制成喂料组合物，喂料组合物用粉碎机粉碎后，用于注塑成型法制备锂离子电池极片。本发明的组合物配方中因没有使用溶剂而大大降低了电池极片的制造成本，同时也利于环保。本发明因加入了添加剂而有效的改善了喂料组合物的流动性，易于制得均匀一致的喂料。通过注塑机精密的计量从而达到极片面密度的均匀一致，特别适合动力电池组制备工艺使用，能大幅度提高电池组配组成品率。
文档编号H01M4/62GK101894950SQ201010236450
公开日2010年11月24日 申请日期2010年7月26日 优先权日2010年7月26日
发明者邢长生 申请人:超威电源有限公司