用于非水电解质可再充电电池的电极卷绕元件、其制备方法、和非水电解质可再充电电池的制作方法_3

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多孔层 几乎不移动,即使在比当对电极进行压缩时低的压力下将卷绕元件下压时也是如此,并且 因此,未形成在所述多孔层上的足够的粘附界面,和所述多孔层未充分地粘附至各电极。换 而言之,所述隔板具有对各电极的不足的粘附。
[0077] 所述耐热性有机填料颗粒具有接近于球的形状并且同时具有令人满意的表面光 滑性并且因此在卷绕元件100被下压时可容易地分散在粘附层20a中,并且因此,当将卷绕 元件100下压时,即使在低的压力下粘附层20a和各电极10及20之间的粘附界面也可容 易地扩大。因此,粘附层20a中包括的所述耐热性填料颗粒可优选为所述耐热性有机填料。
[0078] 所述耐热性有机填料颗粒可为,例如,交联聚苯乙烯(交联PS)、交联聚甲基丙烯 酸甲酯(交联PMMA)、有机硅树脂、固化的环氧树脂、聚醚砜、聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺、三聚 氰胺树脂、聚苯硫醚树脂微粒等。所述耐热性有机填料颗粒可为选自这些材料的一种或两 种或更多种。
[0079] 所述耐热性无机填料颗粒可特别地为陶瓷颗粒和更特别地金属氧化物颗粒或金 属氢氧化物颗粒。所述金属氧化物颗粒或金属氢氧化物颗粒可为,例如,氧化铝、勃姆石、二 氧化钛、氧化错、氧化镁、氧化锌、氢氧化铝、氢氧化镁等的微粒。
[0080] 所述耐热性填料颗粒的平均粒径可小于或等于粘附层20a的厚度的2/3。所述耐 热性填料颗粒的平均粒径表示在以激光衍射方法测量的50%累计体积(D50)处的值。所述 耐热性填料颗粒的含量没有特别限制,只要获得根据示例性实施方式的效果,但是可小于 或等于约80重量%,基于粘附层20a的总重量。
[0081] 粘附层20a可以如下方法制备。
[0082] 将用于粘附层20a的材料在水中溶解和分散以制备粘附层混合浆料(含水浆料)。 随后,将该粘附层混合浆料涂布在带状多孔层20c的两侧中的至少一个表面上以形成涂 层。然后,将该涂层干燥。通过该过程,形成粘附层20a。
[0083] 带状正极30可包括正极集流体30b和形成于正极集流体30b的两个表面上的正 极活性物质层30a。正极活性物质层30a可至少包括正极活性物质并且进一步地包括导电 剂和粘合剂。
[0084] 所述正极活性物质可包括可逆地嵌入和脱嵌锂离子的任何材料而没有任何特别 限制,而可包括例如锂钴氧化物(LC0)、锂镍氧化物、锂镍钴氧化物、锂镍钴铝氧化物(下文 中称作"NCA")、锂镍钴锰氧化物(下文中称作"NCM")、锂锰氧化物、磷酸铁锂、硫酸镍、硫 酸铜、硫、铁氧化物、钒氧化物等。这些正极活性物质可单独地或者作为两种或更多种的混 合物使用。NCA和NCM对应于具有层状岩盐结构的过渡金属氧化物的锂盐。
[0085] 特别地,所述正极活性物质可为以上材料中的具有层状岩盐结构的过渡金属 氧化物的锂盐。作为具有层状岩盐结构的过渡金属氧化物的锂盐的NCA或者NCM可 为,例如,由如下表示的三元过渡金属氧化物的锂盐: x y zNixC〇yAlz02 (NCA)或者 1^1;!"附:!(:〇,1120 2(从11)(其中,0〈叉〈1,0〈7〈1,0〈2〈1,同时叉+7+2〈1)。
[0086] 所述导电剂可为,例如,炭黑例如科琴黑、乙炔黑等、天然石墨、人造石墨等,但是 没有特别限制,如果正极的导电性提高的话。
[0087] 所述粘合剂使正极活性物质本身以及使所述正极活性物质与正极集流体30b粘 合。所述粘合剂就其种类而言没有特别限制,而是包括在用于可再充电锂离子电池的常 规正极活性物质层中使用的任何粘合剂。例如,所述粘合剂可为聚偏氟乙烯、偏氟乙烯 (VDF)-六氟丙烯(HFP)共聚物、偏氟乙烯-全氟乙烯基醚共聚物、偏氟乙烯-四氟乙烯共聚 物、偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物、乙烯丙烯二烯三元共聚物、丁苯橡胶、丁腈橡胶、氟橡胶、 聚乙酸乙烯酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、硝酸纤维素,但是所述粘合剂可没有特别限制, 如果其将所述正极活性物质和所述导电剂粘合在集流体30b上的话。
[0088] 正极集流体30b可包括任意导体,例如,铝、不锈钢、镀镍钢等。正极集流体30b可 与正极端子连接。
[0089] 带状正极30可例如以如下方法制备。
[0090] 将正极活性物质层材料分散在有机溶剂或水中以制备正极活性物质层浆料,然后 将所述正极活性物质层浆料涂布在集流体上以形成涂层。随后,将所述涂层干燥并且与正 极集流体30b -起压缩,制得带状正极30。所述有机溶剂可为N-甲基吡咯烷酮,但是不限 于此。
[0091] 电极堆结构体100a是通过顺序地堆叠带状负极10、带状隔板20、带状正极30、和 带状隔板20而制备的。因此,由于在电极堆结构体100a的一个表面上设置带状隔板20并 且在其另一个表面上设置带状负极10,因此当将电极堆结构体l〇〇a卷绕时,电极堆结构体 l〇〇a的所述一个表面(即,带状隔板20)与电极堆结构体100a的所述另一个表面(即,带 状负极10)接触。
[0092] 所述非水电解质是通过将电解质盐溶解在有机溶剂中而获得的。所述电解质盐没 有特别限制,例如为锂盐。所述电解质盐可为,例如,包括锂(Li)、钠(Na)或钾(K)的无机 离子盐例如 LiC104、LiBF4、LiAsF6、LiPF6、LiPF 6 x(CnF2n+1)x(l〈x〈6,n = 1 或 2)、LiSCN、LiBr、 Lil、Li2S04、Li2B 1QCl1Q、NaC104、Nal、NaSCN、NaBr、KC104、KSCN 等,有机离子盐例如 LiCF3S03、 LiN (CF3S02) 2、LiN (C2F5S02) 2、LiN (CF3S02) (C4F9S02)、LiC (CF3S02) 3、LiC (C2F5S02) 3、(CH3) 4NBF4、 (CH3)4NBr、(C 2H5)4NC104、(C2H 5)4NI、(C3H7)4NBr、(n-C 4H9)4NC104、(n-C4H 9)4NI、(C2H5)4N-马来 酸盐、(C 2H5)4N-苯甲酸盐、(C2H5) 4N-邻苯二甲酸盐、硬脂基硫酸锂、辛基硫酸锂、十二烷基苯 磺酸锂。这些可单独地或者以两种或更多种的混合物使用。
[0093] 所述电解质盐的浓度可与常规可再充电锂电池中使用的非水电解质的浓度相同, 并且没有特别限制。在一种实施方式中,可使用以约0.8-约1.5mol/L的浓度包括合适的 锂化合物(电解质盐)的电解质溶液。
[0094] 所述有机溶剂可为例如如下而没有限制:环状碳酸酯例如碳酸亚丙酯、碳酸亚乙 酯、碳酸亚丁酯、碳酸氯代亚乙酯、碳酸亚乙烯酯等;环状酯例如y-丁内酯、y-戊内酯等; 线型碳酸酯例如碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸乙甲酯等;线型酯例如甲酸甲酯、乙酸甲酯、 丁酸甲酯等;四氢呋喃或其衍生物;醚例如1,3-二氧六环、1,4-二氧六环、1,2_二甲氧基 乙烷、1,2-二丁氧基乙烷、1,4-二丁氧基丁烷、甲基二甘醇二甲醚等;腈例如乙腈、苄腈等; 二氧戊环或其衍生物;硫化乙烯、环丁砜、磺内酯或其衍生物,其可单独地或者作为两种或 更多种的混合物使用。
[0095] 非水电解质溶液浸渍到带状隔板20中。另一方面,各电极可适当地包括已知的辅 助导电剂、添加剂等。所述外部材料可为例如铝叠层体。
[0096] 2.制备非水电解质可再充电锂离子电池的方法
[0097] 说明制备非水电解质可再充电锂离子电池的方法。
[0098] 制备带状iH极的方法
[0099] 带状正极30可例如以如下方法制备。
[0100] 将正极活性物质层材料分散在有机溶剂或水中以制备正极活性物质层浆料,并且 将所述正极活性物质层浆料涂布在集流体上以形成涂层。
[0101] 随后,将所述涂层干燥,然后与正极集流体30b -起压缩,制得带状正极30。
[0102] 制备带状负极的方法
[0103] 带状负极10可例如以如下方法制备。
[0104] 将负极活性物质层材料分散在水中以制备负极活性物质层浆料,并且将该负极活 性物质层浆料涂布在集流体上以形成涂层。随后,将该涂层干燥。所述负极活性物质层浆料 中的包含氟树脂的微粒和基于弹性体的聚合物微粒分散在负极活性物质层l〇a中。随后, 将干燥的涂层与负极集流体l〇b -起压缩,制得带状负极10。
[0105] 制备带状隔板的方法
[0106] 带状隔板20可以如下方法制备。
[0107] 将用于粘附层20a的材料在水中分散和溶解,制得粘附层混合浆料。随后,将该粘 附层混合浆料涂布在带状多孔层20c的至少一个表面上以形成涂层。然后,将该涂层干燥, 形成粘附层20a。换而言之,获得带状隔板20。
[0108] 制备卷绕元件和电池的方法
[0109] 将带状负极10、带状隔板20、带状正极30、和带状隔板20顺序地堆叠,制得电极 堆结构体l〇〇 a。随后,将电极堆结构体l〇〇a卷绕。因此,电极堆结构体l〇〇a的一个表面 (即,带状隔板20)与电极堆结构体100a的另一个表面(即,带状负极10)接触。通过该过 程,制得卷绕元件100。
[0110] 随后,将卷绕元件100下压以使其是扁平的。将扁平的卷绕元件100与非水电解 质插入到外部材料(例如,叠层体膜)中,并且将所述外部材料密封,制得可再充电锂离子 电池。在一种实施方式中,当将所述外部材料密封时,使连接至各集流体的端子末端突出到 所述外部材料外部。
[0111] 下文中,描述本发明的实施例和对比例。然而,这些实施例绝不被解释为限制本发 明的范围。
[0112] 实施例1
[0113] iH极的制备
[0114] 将以96:2:2的固体重量比的锂钴氧化物、炭黑、和聚偏氟乙烯(PVDF)在N-甲基 吡咯烷酮中溶解和分散,制得正极活性物质层浆料。
[0115] 将所述正极活性物质层浆料涂布在作为集流体的12 ym厚铝箱的两侧上,干燥, 和压缩,形成正极活性物质层。所述集流体和所述正极活性物质层具有120 y m的总厚度。 随后,将铝引线焊接在所述电极的端子末端处,获得带状正极。
[0116] 负极的制备
[0117] 另一方面,通过将石墨、改性SBR微粒含水分散材料、通过在聚偏氟乙烯含水分散 材料中聚合丙烯酸类树脂而复合化的(复杂化的)包含氟树脂的微粒含水分散材料、和羧 甲基纤维素的钠盐以97:1:1:1的固体重量比在作为溶剂的水中溶解和分散而制备负极活 性物质层浆料。随后,将该负极活性物质层浆料涂布在作为集流体的10 ym厚铜箱的两侧 上并且干燥。
[0118] 将干燥的负极活性物质层浆料涂层压缩,形成负极活性物质层。所述集流体和所 述负极活性物质层具有120ym的总厚度。然后,将镍引线焊接在端子末端处,制得带状负 极。
[0119] 当以激光衍射方法测量时,所述包含氟树脂的微粒具有约300nm的平均粒径。此 外,当用SEM对所述包含氟树脂的微粒进行检查时,其结果是球形颗粒。
[0120] 隔板的制备
[0121] 将所述包含氟树脂的微粒含水分散材料、聚-N-乙烯基乙酰胺(PNVA)、羧酸改性 的聚丙烯酸丁酯含水分散材料、交联聚苯乙烯(PS)颗粒、和具有0.5ym的平均粒径的氧化 铝颗粒在作为溶剂的水中溶解和分散,制得粘附层混合浆料。
[0122] 此处,作为用于粘附层的粘合剂的所述聚-N-乙
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