專利名稱：鋰離子電池電極及其制備方法、鋰離子電池的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電池技術領域，具體涉及一種鋰離子電池電極及其制備方法、鋰離子電池。
背景技術：
鋰離子電池是迄今為止通用性最強，適應性最廣的二次電池。從日用消費電子產(chǎn)品的手機、筆記本、電子書、數(shù)碼相機等的，到醫(yī)療電子器械、電動工具、電動自行車、電動汽車，所有電子產(chǎn)品，鋰離子電池都有涉入。隨著電子消費品的日益繁榮，市場對鋰離子電池的需求增長迅猛，同時對鋰離子電池性能要求的越來越高，長循環(huán)壽命、高能量密度、大電流循環(huán)放電特性要求非常突出，在維持高能量密度的前提下提高鋰離子電池大電流循環(huán)性能是面臨的主要技術難題。而要實現(xiàn)鋰離子電池的大電流放電性能，長壽命循環(huán)特性，高孔隙率的電極就非常重要了，高孔隙率的電極對鋰離子電池的電化學性能表現(xiàn)特別明顯?！樘岣咪囯x子電池的能量密度，目前高壓實的電極是最直接有效的方法，但是高壓實容易形成電極內部的孔隙率降低，甚至出現(xiàn)局部的孔隙消失，導致電解液浸潤困難，電解液在電極內的分別不均勻，從而出現(xiàn)電池內阻偏高，循環(huán)性能下降，雖然能量密度得以提高但是循環(huán)性能得不到保障。因此，如何提高能量密度的同時，增大電極的孔隙率對鋰離子電池的電化學性能表現(xiàn)是需要克服的技術難題。

發(fā)明內容
本發(fā)明實施例的目的在于克服現(xiàn)有技術的上述不足，提供一種孔隙分布均勻，且孔隙率高的鋰離子電池電極及其制備方法。本發(fā)明實施例的另一目的在于提供一種含有該鋰離子電池電極的鋰離子電池。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術方案如下將正極活性物質或負極活性物質與造孔劑、導電劑、粘接劑和溶劑混合，配制成漿料；將所述漿料涂覆在集流體上，在40 45°C、60 65°C、85 90°C、75 80°C下干燥處理，輥壓，分切，得到鋰離子電池電極。以及，一種鋰離子電池電極，所述鋰離子電池電極由上述的鋰離子電池電極制備方法制備而成。以及，一種鋰離子電池，所述鋰離子電池包括上述的鋰離子電池電極。上述鋰離子電池電極制備方法在漿料中添加造孔劑，在分段干燥處理的過程中受熱分解為氣體，氣體從漿料中溢出過程中在漿料內部產(chǎn)生大量的氣孔，干燥后留下均勻的孔隙。干燥后獲得的鋰離子電池電極經(jīng)過輥壓，不但壓實密度不受影響，而且鋰離子電池電極內部孔隙分別均勻，而且孔隙率比普通電極高。另外，該鋰離子電池電極制備方法工藝簡單，條件易控，效率高，適于工業(yè)化生產(chǎn)。上述實施例中的鋰離子電池由于含有上述鋰離子電池電極，因此，該鋰離子電池具有內阻低，循環(huán)性能好，能量密度高，從而擴大了該鋰離子電池的應用范圍。


下面將結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中圖I為本發(fā)明實施例鋰離子電池電極制備方法流程圖；圖2為本發(fā)明實施例鋰離子電池的制備方法流程圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明?！?br> 本發(fā)明實例提供了孔隙分布均勻、孔隙率高的鋰離子電池電極的一種制備方法。該鋰離子電池電極制備方法工藝流程請參見圖I所述，包括如下步驟SOl :配制含有造孔劑的漿料將正極活性物質或負極活性物質與造孔劑、導電齊U、粘接劑和溶劑混合，配制成漿料；S02 :鋰離子電池電極的干燥、輥壓和分切處理將步驟SOl配制的漿料涂覆在集流體上，在多段溫度控制的連續(xù)烘箱內40 45°C、60 65°C、85 90°C、75 80°C，以4-15m/min的運行速度下干燥處理，具體運行速度以極片干燥完全為標準來調節(jié)控制、輥壓、分切，得到鋰離子電池電極。具體地，上述步驟SOl中的造孔劑與正極活性物質或負極活性物質的質量比優(yōu)選為O. 1% I. 5% ;活性物質、造孔劑、粘結劑和導電劑質量比優(yōu)選為90 97%:0. I 1.5%:1 3%:1 5%。其中，造孔劑優(yōu)選為碳酸氫銨、草酸銨、碳酸銨、硝酸胺中至少一種。該優(yōu)選含量和種類的造孔劑能使得漿料受熱過程中分解而產(chǎn)生大量的氣泡，使得鋰離子電池電極具有高的孔隙率，同時又能保證漿料與集流體兩者集合的強度。正極活性物質或負極活性物質、電極導電劑、粘接劑和溶劑等組分的優(yōu)選含量，能有效提高該漿料的穩(wěn)定性能，使得各組分分散均勻。其中，上述正極活性物質優(yōu)選為LiCoxNiyMnzO2、LiCoxNiyAlzO2、鈷酸鋰、磷酸亞鐵鋰、磷酸錳鋰、錳酸鋰中的至少一種；其中，x+y+z=l。負極活性物質為人造石墨、天然石墨、硬碳材料、娃碳Si-C、錫碳Sn-C、石墨烯中的至少一種。導電劑優(yōu)選為乙炔黑、碳納米管、科琴黑中的至少一種。溶劑選為N-甲基吡咯烷酮(NMP)、水中的至少一種。當然，該正極活性物質、負極活性物質、導電劑和溶劑還可以選用本領域公知的其他物質。上述粘接劑為均聚聚偏二氟乙烯和共聚聚偏二氟乙烯的混合物，其中，均聚聚偏二氟乙烯與共聚聚偏二氟乙烯的質量比優(yōu)選為10: (O. 5 1)。該優(yōu)選的粘接劑使上述實施例方法制備獲得的鋰離子電池電極更加柔軟，吸收電解液的性能更好，有利于循環(huán)性能的提高。如果不考慮鋰離子電池電極柔性和吸收電解液等性能的問題，該粘接劑還可以選用本領域其他公知的粘結劑。優(yōu)選地，作為本發(fā)明優(yōu)選實施例，上述步驟SOl中漿料的配制方法如下先將粘接劑溶解于溶劑中，再將造孔劑溶解于含有粘接劑的溶劑中后，加入正極活性物質或負極活性物質和電極導電劑，攪拌均勻，得到所述漿料。在該優(yōu)選實施例中，先溶解造孔劑，能進一步提高該造孔劑如碳酸氫銨在漿料中分散的程度。該溶劑、正極活性物質、負極活性物質和電極導電劑均如上文所述，為了節(jié)約篇幅，在此不再贅述。上述步驟S02中的漿料涂覆在集流體上的方式可以采用本領域常用的方法，如浸潰、刷涂等方式，在本發(fā)明中對涂覆的方式?jīng)]有特別要求。在該步驟S02的涂覆有漿料的集流體在干燥處理的過程中，由于漿料中的造孔劑受熱而發(fā)生分解產(chǎn)生氣體，該氣體從漿料中溢出過程中在漿料內部產(chǎn)生大量的氣孔，干燥后留下均勻的孔隙。由于造孔劑是均勻分散在漿料中，則孔隙是均勻分布的。該造孔劑對天然石墨的負電極的成孔隙效果更明顯，天然石墨比較軟，輥壓的時候內部容易板結，不能形成很好的孔隙，導致電解液不容易滲透到電極內層，所以天然石墨的循環(huán)一直接都比人造石墨的差。當含有天然石墨的漿料中加入該造孔劑后，能有效的克服天然石墨的這一缺陷，能比較好的改善天然石墨的循環(huán)性能。具體地，當造孔劑為碳酸氫銨時，其受熱分解的化學反應式如下
NH4HCQ--^NH4+CQ+H2O該步驟S02中，對涂覆有漿料的集流體在分段干燥處理，能有效使得造孔劑充分分解，保證鋰離子電池電極高的孔隙率的基礎上，使得鋰離子電池電極中的孔隙均勻，且均勻分布。以4-15m/min的運行速度下干燥處理，具體運行速度以極片干燥完全為標準來調節(jié)控制該步驟S02中對干燥后的集流體輥壓、分切的方式均可以采用本領域常用的方法即可。集流體選用本領域公知的正極集流體或負極集流體，正極集流體如鋁箔或者多孔鋁箔，負極集流體如銅箔。由上所述，上述鋰離子電池電極制備方法在漿料中添加造孔劑，在干燥處理的過程中受熱分解為氣體，由于造孔劑分解的溫度遠遠低于溶劑揮發(fā)的溫度，因此，分解產(chǎn)生的氣體從漿料中溢出過程中在漿料內部產(chǎn)生大量的氣孔，干燥后留下均勻的孔隙。另外，該鋰離子電池電極制備方法工藝簡單，條件易控，效率高，適于工業(yè)化生產(chǎn)。相應地，本發(fā)明實施例還提供了一種鋰離子電池電極。該電極由上述方法制備而成。該鋰離子電池電極包括集流體以及結合在集流體上的含有正極活性物質的正極層或者含有負極活性物質的負極層。其中，該負極層或負極層上分布有均勻且孔隙率高的氣孔。因此，作為本發(fā)明一實施例，上述鋰離子電池電極包括集流體和結合在該集流體上的正極層，該正極層含有正極活性物質、正極導電劑和粘結劑以及在正極層均勻分布的且孔隙率高的氣孔。作為本發(fā)明另一實施例，上述鋰離子電池電極包括集流體和結合在該集流體上的負極層，該負極層含有負極活性物質、負極導電劑和粘結劑以及在負極層均勻分布的且孔隙率高的氣孔。因此，上述實施例鋰離子電池電極按照上文所述的鋰離子電池電極制備方法制備而成，獲得的鋰離子電池電極經(jīng)過輥壓，不但壓實密度不受影響，而且鋰離子電池電極內部孔隙分別均勻，而且孔隙率比普通電極高。
本發(fā)明實例還提供了一種鋰離子電池，該鋰離子電池包括上文所述的鋰離子電池電極。這樣，該鋰離子電池由于含有上文所述的鋰離子電池電極，具有內阻低，循環(huán)性能好，能量密度高，從而大大提高了鋰離子電池的性能。相應地，本發(fā)明實施例進一步的提供了一種上述鋰離子電池制備方法。該鋰離子電池制備方法工藝流程請參見圖2，其包括如下步驟步驟S03.制備鋰離子電池正極和負極，其中，該鋰離子電池正極或/和負極由上文所述的制備方法制備而成；步驟S04.制備電池電芯將步驟S03制備電池正極和負極按照鋰離子電池正極/隔膜/負極疊片的方式依次層疊，制成電池卷芯；步驟S05.封裝電池將所述電芯裝入電池殼體內，或者用鋁塑膜封裝，再注入電解液，密封，制得鋰離子電池。 具體地，上述步驟S03中，電池正極可以為上述實施例中的鋰離子電池電極，則負極按照本領域常規(guī)的方法制備；電池負極可以為上述實施例中的鋰離子電池電極，則正極按照本領域常規(guī)的方法制備；電池負極、正極可以為上述實施例中的鋰離子電池電極。步驟S04中的電池電芯的制備和步驟S05中的封裝電池方法均可以按照本領域常規(guī)的方法制備即可。其中步驟S04中的電池電芯可以圓柱型或者方形，隔膜可以選用本領域常用的電池隔膜。步驟S05中電解液為本領域常用的電解液即可，如可以選自六氟磷酸鋰的非水有機溶劑體系的溶液。這樣，該鋰離子電池的制備方法工藝技術成熟，條件易控，合格率高。以下通過多個實施例來舉例說明上述鋰離子電池集流體及其制備方法、鋰離子電池極片及其制備方法和鋰離子電池及其制備方法等方面。實施例I一種鋰離子電池制備方法Sll :先將15g PVDF加入到400g NMP中攪拌2h，得到無色透明溶液，然后加入5g碳酸氫銨，繼續(xù)攪拌lOmin，讓其溶解在膠液中，再加入IOOOg的LiCoO2正極活性物質和15g的導電劑乙炔黑，先慢速攪拌30min，然后再快速攪拌3h，用粘度計檢測粘度，補加20g NMP調節(jié)粘度在8400cps ;固體物質量百分比為71% ；S12 :將步驟Sll配制的漿料涂布在16 4 111厚的鋁箔集流體上，在401、601、85°C、80°C，以8m/min的運行速度連續(xù)烘干、碾壓、分條為56mm寬18650電池所需寬度、得到該鋰離子電池正極極片；S13 :先將18g CMC加入到IlOOg純水中攪拌2h，得到無色透明溶液，然后加入15g碳酸氫銨，繼續(xù)攪拌IOmin,讓其溶解在膠液中，再加入IOOOg的天然石墨和15g的導電劑碳黑，先慢速攪拌30min，然后再快速攪拌2. 5h，最后加入20g SBR,慢速攪拌30min，加水調節(jié)粘度在3500cps ;固體物質量百分比為48% ；S14 :將步驟S 13配制的漿料涂布在銅箔集流體上，再依次在45°C、60°C、85°C、70°C，以IOm的運行速度烘干，碾壓，分切得到該鋰離子電池負極極片；S15 :鋰離子電池的封裝將本實施例制備的鋰離子電池正極片、鋰離子電池負極片以及PE隔膜按照正極片/隔膜/負極片卷繞電池極芯，并置于18650電池鋼殼中，再注入電解液，密封，制成18650鋰離子電池。
實施例2一種鋰離子電池制備方法S21 :先將12g PVDF加入到390g NMP中攪拌2h，得到無色透明溶液，然后加入IOg碳酸氫銨，繼續(xù)攪拌lOmin，讓其溶解在膠液中，再加入IOOOg正極活性物質LiCo0.3Ni0.3Mn0.302和IOg 的導電劑乙炔黑，先慢速攪拌30min，然后再快速攪拌3h，用粘度計檢測粘度，粘度太高加NMP調節(jié)，最終漿料粘度調整在9300cps ;固體物質量百分比為69. 8% ；S22 :將步驟S21配制的漿料涂布在15 μ m厚的鋁箔集流體上，再依次在45 °C、60°C、80°C、85°C，以12m/min的運行速度烘干、碾壓、分條、得到該鋰離子電池正極極片；S23 :先將15g CMC加入到950g純水中攪拌2h，得到無色透明溶液，然后加入12g草酸銨，繼續(xù)攪拌IOmin,讓其溶解在膠液中，再加入IOOOg的人造石墨和15g的導電劑碳黑，先慢速攪拌30min，然后再快速攪拌2. 5h，最后加入25g SBR,慢速攪拌30min，加水調節(jié)粘度在3000cps ;固體物質量百分比為46% ；S24 :將步驟S23配制的漿料涂布在銅箔集流體上，再依次在45°C、60°C、85°C、85°C，以6m的運行速度烘干，碾壓，分切得到該鋰離子電池負極極片。S25 :鋰離子電池的封裝將本實施例制備的鋰離子電池正極片、鋰離子電池負極片以及隔膜按照正極片/隔膜/負極片卷繞電池極芯，并置于鋁塑膜沖壓的603450型電池膜殼中，再注入電解液，熱壓密封，制成鋰離子軟包電池。實施例3一種鋰離子電池制備方法S31 :先將35g PVDF加入到IOOOg NMP中攪拌2h，得到無色透明溶液，然后加入15g碳酸銨，繼續(xù)攪拌lOmin，讓其溶解在膠液中，再加入IOOOg正極活性物質磷酸亞鐵鋰和導電劑20g的乙炔黑和IOg KS-6石墨，先慢速攪拌30min，然后再快速攪拌3h，用粘度計檢測粘度，并用NMP調節(jié)粘度，調整漿料粘度在5300cps ;固體物質量百分比為48. 1% ；S32 :將步驟S31配制的漿料涂布在20 μ m厚的鋁箔集流體上，再依次在40°C、60°C、85°C、75°C，以4m/min的運行速度烘干，碾壓、分條、得到該鋰離子電池正極極片；S33 :先將12g CMC加入到IOOOg純水中攪拌2h，得到無色透明溶液，然后加入IOg碳酸氫銨，繼續(xù)攪拌IOmin,讓其溶解在膠液中，再加入IOOOg的人造石墨和IOg的導電劑碳黑，先慢速攪拌30min，然后再快速攪拌2. 5h，最后加入18g SBR,慢速攪拌30min，加水調節(jié)粘度在2800cps ;固體物質量百分比為45% ；S34 :將步驟S33配制的漿料涂布在銅箔集流體上，再依次在45 °C >65 °C >85 V、75°C，以10m/min的運行速度烘干，碾壓，分切得到該鋰離子電池負極極片；S35 :鋰離子電池的封裝將本實施例制備的鋰離子電池正極片、鋰離子電池負極片按照157090方形電池的尺寸分切極片，然后按照正極片/隔膜/負極片的層疊次序依次層疊后焊接在一起，制成電池極芯，并置于157090的方形電池鋼殼內，激光焊接密封，再注入電解液后封口，制成IOAh的157090型電池。對比實例S41:先將15g PVDF加入到400g NMP中攪拌2h，得到無色透明溶液，然后加入IOOOg的LiCoO2正極活性物質和15g的導電劑乙炔黑，先慢速攪拌30min，然后再快速攪拌3h，用粘度計檢測粘度，補加30g NMP調節(jié)粘度在7200cps ;固體物質量百分比為70. 2% ；S42 :將步驟S41配制的漿料涂布在16 μ m厚的鋁箔集流體上，再依次在40°C、65°C、90°C、80°C，以8m/min的運行速度烘干，碾壓、分條為56mm寬18650電池所需寬度、得到該鋰離子電池正極極片。S43:先將18g CMC加入到IlOOg純水中攪拌2h，得到無色透明溶液，然后加入加入IOOOg的天然石墨和15g的導電劑碳黑,先慢速攪拌30min,然后再快速攪拌2. 5h,最后加入20g SBR,慢速攪拌30min，加水調節(jié)粘度在3300cps ;固體物質量百分比為48. 3% ；S44 :將步驟S43配制的漿料涂布在銅箔集流體上，再依次在40°C、60°C、85°C、75°C，以lOm/min的運行速度烘干，碾壓，分切得到該鋰離子電池負極極片；S45 :鋰離子電池的封裝將本實施例制備的鋰離子電池正極片、鋰離子電池負極 片以及PE隔膜按照正極片/隔膜/負極片卷繞電池極芯，并置于18650電池鋼殼中，再注入電解液，密封，制成18650鋰離子電池。電池性能測試在同樣的壓實密度的條件下，通過使用壓汞儀測量電極的孔隙率，在干燥的手套箱內滴加電解液測量滲液時間，并對實施例I至實施例3以及對比實例中制備的鋰離子電池進行電池循環(huán)和自放電測試，結果如下表I :表I電極物理性能、電化學性能對比結果
權利要求
1.一種鋰離子電池電極制備方法，包括如下步驟 將正極活性物質或負極活性物質與造孔劑、導電劑、粘接劑和溶劑混合，配制成漿料； 將所述漿料涂覆在集流體上，在40 45°C、60 65°C、85 90°C、75 80°C下干燥處理，輥壓，分切，得到鋰離子電池電極。
2.如權利要求I所述的鋰離子電池電極制備方法，特征在于所述造孔劑為碳酸氫銨、草酸、草酸銨、碳酸銨、硝酸胺中至少一種。
3.如權利要求I所述的鋰離子電池電極制備方法，特征在于所述漿料的配制方法如 下 先將所述造孔劑溶解于含有所述粘接劑的溶劑中后，再加入正極活性物質或負極活性物質和電極導電劑，攪拌，得到所述漿料。
4.如權利要求I 3任一項所述的鋰離子電池電極制備方法，特征在于所述造孔劑與正極活性物質或負極活性物質的質量比為O. 1% I. 5%。
5.如權利要求I 3任一項所述的鋰離子電池電極制備方法，特征在于所述正極活性物質為LiCoxNiyMnzO2、LiCoxNiyAlzO2、鈷酸鋰、磷酸亞鐵鋰、磷酸錳鋰、錳酸鋰中的至少一種；其中，x+y+z=lo
6.如權利要求I 3任一項所述的鋰離子電池電極制備方法，特征在于所述負極活性物質為人造石墨、天然石墨、硬碳材料、娃碳Si-C、錫碳Sn-C、石墨烯中的至少一種。
7.如權利要求I 3任一項所述的鋰離子電池電極制備方法，特征在于所述粘接劑為均聚聚偏二氟乙烯和共聚聚偏二氟乙烯的混合物，其中，均聚型聚偏二氟乙烯與共聚型聚偏二氟乙烯的質量比為10: (O. 5^1)。
8.一種鋰離子電池電極，所述鋰離子電池電極由權利要求I 7任一所述的鋰離子電池電極制備方法制備而成。
9.一種鋰離子電池，其特征在于所述鋰離子電池包括權利要求8所述的鋰離子電池電極。
10.如權利要求9所述的鋰離子電池，特征在于所述鋰離子電池為液態(tài)鋰離子電池或鋰聚合物電池。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋰離子電池電極及其制備方法、鋰離子電池及其制備方法和應用。該鋰離子電池電極制備方法包括配制含有造孔劑的漿料的步驟和鋰離子電池電極的干燥、輥壓和分切處理的步驟。鋰離子電池中含有由該鋰離子電池電極制備方法制備的鋰離子電池電極。本發(fā)明鋰離子電池電極制備方法工藝簡單，條件易控，效率高，適于工業(yè)化生產(chǎn)。制備的鋰離子電池電極內部孔隙分別均勻，而且孔隙率比普通電極高。鋰離子電池具有內阻低，循環(huán)性能好，能量密度高，從而擴大了該鋰離子電池的應用范圍。
文檔編號H01M4/62GK102931378SQ201210380360
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月9日 優(yōu)先權日2012年10月9日
發(fā)明者程建良, 戴錚, 羅鶯 申請人:東莞市創(chuàng)明電池技術有限公司