鋰離子電池正極片及其製備方法

2023-09-18 11:17:10 1

專利名稱：：鋰離子電池正極片及其製備方法
技術領域：
：本發明涉及一種鋰離子電池，尤其是一種鋰離子電池的正極片及其製備方法。
背景技術：
：鋰離子電池是一種具有高能量密度和良好環保性能的電池，具有可靠性高和加工性好等優點，因此被廣泛應用於各類可攜式電子設備中。鋰離子電池內的電芯一般包括相互疊加巻繞的正極片、隔離膜和負極片，隔離膜間隔於相鄰的正、負極片之間以將正、負極片絕緣，同時用於保持電解液。正極片包括一般採用鋁箔製作的正極集流體和附著在正極集流體上、含有正極活性物質的正極膜片。但是，由於鋁箔自身的特性，以其為正極集流體製備鋰離子電池的過程中容易引入微粒並導致電芯內部短路，對鋰離子電池產業造成較大影響。此外，在電池內部短路過程中，由於鋁箔電阻較小，其接觸陰極表面會導致短路電流很大，以致點燃陽極並出現著火、冒煙甚至爆炸等現象，安全性較差。有鑑於此，確有必要提供一種具有良好安全性能的鋰離子電池正極片及其製備方法。
發明內容本發明的目的在於提供一種具有良好安全性能的鋰離子電池正極片及其製備方法。為了解決上述技術問題，本發明提供了一種鋰離子電池正極片，其包括正極集流體和附著在正極集流體上、含有正極活性物質的正極膜片，正極集流體為碳膜。作為本發明鋰離子電池正極片的一種改進，所述碳膜集流體內含有導電劑和粘結劑。作為本發明鋰離子電池正極片的一種改進，所述導電劑和粘結劑在碳膜集流體固體中的質量含量分別為1%~99%和0.1%~90%。作為本發明鋰離子電池正極片的一種改進，所述導電劑為導電炭黑、碳纖維、納米碳管、鋁絲和鈦絲中的一種或幾種。作為本發明鋰離子電池正極片的一種改進，所述粘結劑為聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物或聚偏二氟乙烯高分子粘結劑。作為本發明鋰離子電池正極片的一種改進，所述碳膜集流體內還含有增塑劑，所述增塑劑為鄰苯二曱酸二丁酯、鄰苯二甲酸二甲酯或丙烯碳酸酯。作為本發明鋰離子電池正極片的一種改進，所述增塑劑在碳膜集流體固體中的質量含量為1%~70%。為了解決上述技術問題，本發明還提供一種鋰離子電池正極片的製備方法，其包括以下步驟取一定量的粘結劑溶解於溶劑中，攪拌溶解充分後形成澄清溶液；向上述澄清溶液中加入導電劑或加入增塑劑和導電劑，攪拌均勻；蒸發除去溶劑，烘乾碳膜，得到碳膜集流體；製作正極膜片，並將正極膜片通過塗布或熱壓方式與碳膜集流體複合在一起製得正極片。作為本發明鋰離子電池正極片的製備方法的一種改進，所述溶劑為丙酮、N-曱基吡咯烷酮或二甲基亞碸。作為本發明鋰離子電池正極片的製備方法的一種改進，所述導電劑為導電炭黑、碳纖維、納米碳管或鋁絲、鈦絲中的一種或幾種，所述粘結劑為聚偏二5氟乙烯-六氟丙烯共聚物或聚偏二氟乙烯高分子粘結劑，所述增塑劑為鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二曱酸二曱酯或丙烯碳酸酯。相對於現有技術，本發明採用碳膜代替現有鋰離子電池的鋁箔集流體，明顯改善了鋰離子電池的內部短路安全問題，提高了鋰離子電池的電化學性能。下面結合說明書附圖和各個具體實施例，對本發明及其有益技術效果進行詳細說明,其中圖1為使用本發明鋰離子電池正極片實施例1的鋰離子電池在25°C時以0.5C充電0.5C放電的循環曲線圖。圖2為使用本發明鋰離子電池正極片實施例2的鋰離子電池在25°C時以0.5C充電0.5C放電的循環曲線圖。圖3為使用本發明鋰離子電池正極片實施例3的鋰離子電池在25°C時以0.5C充電0.5C放電的循環曲線圖。圖4為現有技術的鋰離子電池在25°C時以0.5C充電0.5C放電的循環曲線圖。圖5為使用本發明鋰離子電池正極片實施例1的鋰離子電池用針刺模擬內部短路實驗的測試曲線圖。圖6為現有技術的鋰離子電池用針刺模擬內部短路實驗的測試曲線圖。具體實施例方式為了避免鋁箔給鋰離子電池安全性能帶來的不利影響，本發明以碳膜取代鋁箔作為正極集流體製作正極片。碳膜和正極膜片、正極片、鋰離子電池的製作實施例如下實施例1:製作正極集流體取一定量的聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP，有機高分子粘結劑)溶解於丙酮溶劑中，形成澄清且濃度約為10%的溶液；待攪拌、溶解充分後，加入鄰苯二曱酸二丁酯(DBP，增塑劑)；再將導電炭黑(Super-P,導電劑)加入上述混合溶液中，待攪拌均勻後，將丙酮溶劑蒸發除去，把處理後的碳膜烘乾，最終得到碳膜集流體，其中，聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、導電炭黑和鄰苯二曱酸二丁酯在碳膜集流體固體中的質量含量為，導電炭黑50%,聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物30%,鄰苯二甲酸二丁酯20%。製作正極膜片將鈷酸鋰、導電炭黑、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物按質量比95.0:3.0:2.0加入丙酮和鄰苯二曱酸二丁酯中，混合且攪拌均勻得到具有一定流動性的漿料；再將漿料塗覆在30iim厚的聚酯薄膜表面並烘乾，製成具有一定柔度的正極膜片。使用根據前述工藝製得的碳膜集流體和正極膜片製作鋰離子電池正極片對正極膜片進行分條、衝切(即將正極膜片剪裁、切割成所需要大小的尺寸)，再將正極膜片與上述碳膜集流體熱壓，即可製得鋰離子電池正極片。製備鋰離子電池負極片將石墨、鄰苯二甲酸二丁酯、導電炭黑、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物按質量比95.5:1.5:1.5:1.5加入盛有丙酮的攪拌罐中，混合且攪拌均勻得到具有一定流動性的漿料；再將漿料塗覆在30]tim厚的聚酯薄膜表面，烘乾成具有一定柔度的負極膜片；然後，對負極膜片進行分條、沖切(即將負極片剪裁、切割成所需要大小的尺寸)，再與表面特殊處理的銅箔熱壓，並將用0.4mm厚的鎳片製成的負極極耳焊接在銅箔上，製得負極片。製備鋰離子電池把根據前述工藝製作好的正極片、負極片和隔離膜(隔離膜可採用聚丙烯(PP)-聚乙烯(PE)-聚丙烯(PP)三層複合薄膜，或聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)單層薄膜)通過疊片方式製成棵電芯，經過萃取工藝除去棵電芯內部的增塑劑；然後，將棵電芯裝入電池包裝殼(鋁塑複合膜，鋁殼或者鋼殼)中，向其內注入電解液，再經化成、陳化等工藝製得成品鋰離子電池。其中，電解液是以六氟磷酸鋰(UPF6)為鋰鹽，以20%的碳酸乙烯酯、30%的碳酸甲乙酯和50%的碳酸二甲酯為溶劑。對根據本實施例製得的多個鋰離子電池樣品進行容量測試，測試結果參見表1。表1實施例1的電池容量測試結果樣tableseeoriginaldocumentpage8實施例2:製作正極集流體取一定量的聚偏二氟乙烯(PVDF,高分子粘接劑)溶解於N-曱基吡咯烷酮(NMP)溶劑中，形成澄清且濃度約為8%的溶液；待攪拌、溶解充分後，將導電炭黑(Super-P,導電劑)和碳纖維(CF，導電劑)的導電劑混合體加入上述混合溶液中；待攪拌均勻後，將N-曱基吡咯烷酮溶劑蒸發除去，把處理後的碳膜烘乾，最終得到碳膜集流體。在本實施例中，聚偏二氟乙烯與導電劑混合體的固含量比為，聚偏二氟乙烯40%,導電劑混合體60%。其中，導電炭黑在導電劑混合體中的比例為45%,碳纖維在導電劑混合體中的比例為55%。正極膜片、正極片、負極片及鋰離子電池的製備材料和步驟同實施例1。對根據本實施例製得的多個鋰離子電池樣品進行容量測試，測試結果參見表2。表2實施例2的電池容量測試結果tableseeoriginaldocumentpage9實施例3:製作正極集流體取一定量的聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP,有機高分子粘結劑)溶解於丙酮溶劑中，形成澄清且濃度約為1%-20%的溶液；待攪拌、溶解充分後，加入鄰苯二曱酸二丁酯(DBP，增塑劑)，再將納米碳管(導電劑)加入上述混合溶液中；待攪拌均勻後，將丙酮溶劑蒸發除去，把處理後的碳膜烘乾，最終得到碳膜集流體。其中，聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、鄰苯二曱酸二丁酯與納米碳管的在碳膜集流體固體中的質量含量為納米碳管60%,聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物25%,鄰苯二曱酸二丁酯15%。正極膜片、正極片、負極片及鋰離子電池的製備材料和步驟同實施例1。對根據本實施例製得的多個鋰離子電池樣品進行容量測試，測試結果參見表3。表3實施例3的電池容量測試結果tableseeoriginaldocumentpage9tableseeoriginaldocumentpage10需要說明的是，以上僅為本發明的部分具體實施例。根據本發明的其他實施方式，碳膜集流體中的導電劑可以為導電炭黑、碳纖維、納米碳管、鋁絲和4太絲中的一種或幾種，粘結劑可以為聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚偏二氟乙烯之外的其他高分子粘結劑，增塑劑可以為鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)、鄰苯二曱酸二甲酯(DMP)或丙烯碳酸酯(PC)等。此外，碳膜集流體固體中的導電劑、粘結劑和增塑劑的質量含量可以分別在1%~99%、0.1%~90%和1%~70%之間適當取值。溶劑可以為丙酮、N-甲基吡咯烷酮或二甲基亞碸(DMSO)。另夕卜，正極膜片還可以通過熱壓以外的其他方式，如塗布等，複合於碳膜集流體上。比4交實施例請參照表4，為了便於說明，以下結合現有鋰離子電池的電池容量測試結果，詳細描述本發明的技術效杲。其中，現有鋰離子電池以16^m厚的鋁箔為正極集流體，正極膜片、負極膜片、鋰離子電池等的製造材料和步驟與實施例l相同。電池容量的測試結果見表4。表4傳統鋰離子電池的電池容量測試結果tableseeoriginaldocumentpage10tableseeoriginaldocumentpage11通過表1至表4的測試結果對比可以看出，本發明鋰離子電池的容量與現有鋰離子電池的容量相當。結合參閱圖l至圖4所示可以看出，根據本發明製作的鋰離子電池在25。C下，以0.5C充電、0.5C放電時，循環性能正常。請參閱圖5和圖6所示，本發明鋰離子電池除具有良好的循環性能外，還具有可靠的安全性能。實驗表明，通過用針刺模擬鋰離子電池內部短路實驗可以看出，現有鋰離子電池發生短路時，電壓迅速下降到OV附近，而採用本發明碳膜集流體的實驗電池表面溫度升高很小，電芯未出現著火、冒煙等現象。綜上所述，本發明採用碳膜代替現有鋰離子電池的鋁箔集流體，明顯改善了鋰離子電池的針刺安全問題，提高了鋰離子電池的電化學性能。根據上述說明書的揭示和教導，本發明所屬領域的技術人員還可以對上述實施方式進行適當的變更和修改。因此，本發明並不局限於上面揭示和描述的具體實施方式，對本發明的一些修改和變更也應當落入本發明的權利要求的保護範圍內。此外，儘管本說明書中使用了一些特定的術語，但這些術語只是為了方便說明，並不對本發明構成任何限制。權利要求1、一種鋰離子電池正極片，其包括正極集流體和附著在正極集流體上、含有正極活性物質的正極膜片，其特徵在於所述正極集流體為碳膜。2、根據權利要求1所述的鋰離子電池正極片，其特徵在於所述碳膜集流體內含有導電劑和粘結劑。3、根據權利要求2所述的鋰離子電池正極片，其特徵在於所述導電劑和粘結劑在碳膜集流體固體中的質量含量分別為1%~99%和0.1%~90%。4、根據權利要求2所述的鋰離子電池正極片，其特徵在於所述導電劑為導電炭黑、碳纖維、納米碳管、鋁絲、鈦絲中的一種或幾種。5、根據權利要求2所述的鋰離子電池正極片，其特徵在於所述粘結劑為聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物或聚偏二氟乙烯高分子粘結劑。6、根據權利要求2所述的鋰離子電池正極片，其特徵在於所述碳膜集流體內還含有增塑劑，所述增塑劑為鄰苯二曱酸二丁酯、鄰苯二曱酸二曱酯或丙烯碳酸酯。7、根據權利要求6所述的鋰離子電池正極片，其特徵在於所述增塑劑在碳膜集流體固體中的質量含量為1%~70%。8、一種鋰離子電池正極片的製備方法，其包括以下步驟取一定量的粘結劑溶解於溶劑中，攪拌溶解充分後形成澄清溶液；向上述澄清溶液中加入導電劑或加入增塑劑和導電劑，並攪拌均勻；蒸發除去溶劑，烘乾碳膜，得到碳膜集流體；以及製作正極膜片，並將正極膜片通過塗布或熱壓方式與碳膜集流體複合在一起製得正極片。9、根據權利要求8所述的鋰離子電池正極片的製備方法，其特徵在於所述溶劑為丙酮、N-曱基吡咯烷酮或二曱基亞碸。10、根據權利要求8或9所述的鋰離子電池正極片的製備方法，其特徵在於所述導電劑為導電炭黑、碳纖維、納米碳管、鋁絲、鈦絲中的一種或幾種，所述粘結劑為聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物或聚偏二氟乙烯高分子粘結劑，所述增塑劑為鄰苯二曱酸二丁酯、鄰苯二曱酸二曱酯或丙烯碳酸酯。全文摘要本發明公開了一種鋰離子電池正極片，其包括正極集流體和附著在正極集流體上、含有正極活性物質的正極膜片，其中，正極集流體為碳膜。相對於現有技術，本發明採用碳膜代替現有鋰離子電池中的鋁箔集流體，明顯改善了鋰離子電池的安全性能和電化學性能。此外，本發明還公開了一種鋰離子電池正極片的製備方法。文檔編號H01M4/02GK101626072SQ20091004178公開日2010年1月13日申請日期2009年8月11日優先權日2009年8月11日發明者凱吳,周鐵剛,曾毓群,李侯勇,健塗申請人:東莞新能源科技有限公司