專利名稱：一種用于鋰離子電池極片的組合物配方及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋰離子電池領(lǐng)域，涉及一種用于鋰離子電池極片的組合物配方以及該 組合物的制備方法。
背景技術(shù)：
鋰離子電池由于其工作電壓高、體積小、質(zhì)量輕、比能量高、自放電小、循環(huán)壽命長(zhǎng) 等優(yōu)點(diǎn)成為移動(dòng)通訊、數(shù)碼相機(jī)等小型電子器件的主要電源。隨著石化資源的減少，鋰離子 電池替代部分石化能源是一種切實(shí)可行的辦法。目前鋰離子電池在制備過(guò)程中都是采用勻漿、涂布的工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)鋰離子電池極片 的制備。在勻漿過(guò)程中添加了大量的溶劑如N-甲基吡咯烷酮(NMP)，大大增加了電池成 本，溶劑的大量加入使?jié){料固體含量非常低，而且大部分有機(jī)溶劑在干燥過(guò)程中蒸發(fā)除掉， 對(duì)環(huán)境造成了污染。涂布是通過(guò)對(duì)輥和背輥的縫隙來(lái)調(diào)節(jié)面密度。影響極片面密度的因素 有漿料的因素、工藝的因素和涂布機(jī)的因素，包括漿料中的固體含量、漿料的粘度、干燥的 溫度、集流體的平整度、對(duì)輥和背輥的縫隙、還有機(jī)器振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的偏移等。這些因素共同 作用致使極片中的面密度在很大的范圍內(nèi)波動(dòng)，結(jié)果由極片組裝的單只電池的容量相差很 大，大大降低了電池組配組的成品率，甚至大大縮減了電池組的壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于鋰離子電池極片(正極極片和負(fù)極極片)的組合物配方以 及該組合物的制備方法。這種組合物尤其適用于由本專利發(fā)明人發(fā)明的一種全新的鋰離子 電池極片的制備工藝，即用注塑成型法制備電池極片的工藝過(guò)程。本發(fā)明的組合物配方中 因沒(méi)有使用溶劑而大大降低了電池極片的制造成本，同時(shí)也利于環(huán)保。本發(fā)明因加入了添 加劑而有效的改善了喂料組合物的流動(dòng)性，易于制得均勻一致的喂料，從而達(dá)到極片面密 度的均勻一致，特別適合動(dòng)力電池組制備工藝使用，能大幅度提高電池組配組成品率。本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于鋰離子電池極片的組合物，該組合物由粉料 和膠組成，其中粉料由正極或負(fù)極活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑組成，膠由粘接劑和添加劑組成，粉料 和膠的質(zhì)量配比為粉料80 97%，膠3 20%。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體但非限制性的實(shí)施方案，粉中各組分所占的質(zhì)量百分比 正極或負(fù)極活性物質(zhì)85 98%，導(dǎo)電劑2 15%;膠中各組分所占的質(zhì)量百分比粘接 劑80 96%，添加劑4 20%。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體但非限制性的實(shí)施方案，正極活性物質(zhì)是層狀化合物，其 化學(xué)式為L(zhǎng)iM02，其中M為Ni，Mn, Co中的一種或幾種；尖晶石化合物，其化學(xué)式為L(zhǎng)iMn204 ； 橄欖石結(jié)構(gòu)物質(zhì)，其化學(xué)式為L(zhǎng)iFeP04，或上述物質(zhì)的改性物質(zhì)，或者上述物質(zhì)中的一種或 幾種的組合；負(fù)極活性物質(zhì)是炭材料或過(guò)渡金屬氧化物或者它們的組合。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體但非限制性的實(shí)施方案，炭材料是天然石墨、人工石墨、炭 纖維、無(wú)定形碳中的一種或幾種的組合。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體但非限制性的實(shí)施方案，過(guò)渡金屬氧化物為1^打04或 Li4Ti5012或者它們的組合。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體但非限制性的實(shí)施方案，導(dǎo)電劑是導(dǎo)電石墨、乙炔黑和導(dǎo) 電高分子物質(zhì)中的一種或幾種。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體但非限制性的實(shí)施方案，粘接劑是熱塑性樹(shù)脂。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體但非限制性的實(shí)施方案，粘接劑為聚四氟乙烯(PTFE)、聚 偏二氟乙烯(PVDF)、丁苯乳膠(SBR)中的一種或幾種的組合。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體但非限制性的實(shí)施方案，添加劑為丙三醇、蓖麻油、油酸、 非離子型土溫中的一種或幾種的組合。本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種上述組合物的制備方法，主要包括以下步驟煉膠，往混煉機(jī)料斗中加入粘接劑，在80 350°C溫度下混煉1 4小時(shí)，加入添 加劑繼續(xù)混煉1 4小時(shí)至均勻；混煉，煉膠至均勻后，往料斗中加入活性物質(zhì)，混煉1 4小時(shí)，再加入導(dǎo)電劑繼續(xù) 混煉4 12小時(shí)至均勻后出料，得到喂料組合物；粉碎，將喂料組合物用粉碎機(jī)粉碎。
具體實(shí)施例方式下文提供了具體的實(shí)施方式進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明不僅僅限于以下的實(shí)施 方式。本發(fā)明的一個(gè)具體但非限定性的實(shí)施方式是提供了一種用于鋰離子電池極片的 組合物，該組合物由粉料和膠組成，其中粉料由活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑組成，膠由粘接劑和添加 劑組成。粉料和膠的質(zhì)量配比為粉料80 97%，膠3 20%。一種優(yōu)選的實(shí)施方案是， 粉中各組分所占的質(zhì)量百分比正極或負(fù)極活性物質(zhì)85 98%，導(dǎo)電劑2 15% ；膠中 各組分所占的質(zhì)量百分比粘接劑80 96%，添加劑4 20%。具體地說(shuō)，活性物質(zhì)為正極活性物質(zhì)或負(fù)極活性物質(zhì)。正極活性物質(zhì)可以是層狀 化合物，其化學(xué)式為L(zhǎng)iM02，其中M為M，Mn, Co中的一種或幾種；尖晶石化合物，其化學(xué)式為 LiMn204 ；橄欖石結(jié)構(gòu)物質(zhì)，其化學(xué)式為L(zhǎng)iFeP04，或上述物質(zhì)的改性物質(zhì)，或者上述物質(zhì)中的 一種或多種的組合。負(fù)極活性物質(zhì)包括炭材料或過(guò)渡金屬氧化物，炭材料可以是例如天然 石墨、人工石墨、炭纖維、無(wú)定形碳；過(guò)渡金屬氧化物為L(zhǎng)iTi04或者Li4Ti5012。 導(dǎo)電劑可以是導(dǎo)電石墨、乙炔黑以及導(dǎo)電高分子物質(zhì)中的一種或幾種的組合。粘接劑可以是熱塑性樹(shù)脂，具體如聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、丁 苯乳膠(SBR)中的一種或幾種的組合。添加劑為丙三醇、蓖麻油、油酸、非離子型土溫等。添加劑的加入可以有效的改善 喂料組合物的流動(dòng)性，易于制得均勻一致的喂料。本發(fā)明的組合物可以通過(guò)以下方法制備1、煉膠往混煉機(jī)料斗中加入粘接劑，在80 350°C溫度下混煉1 4小時(shí)，加入添 加劑繼續(xù)混煉1 4小時(shí)至均勻。2、混 煉煉膠至均勻后，往料斗中加入活性物質(zhì)，混煉1 4小時(shí)，再加入導(dǎo)電劑繼 續(xù)混煉4 12小時(shí)至均勻后出料，即為喂料組合物。
3、粉碎將喂料組合物用粉碎機(jī)粉碎，以便于注塑機(jī)使用。為了簡(jiǎn)化工藝步驟，在上述的煉膠過(guò)程中，粘接劑與添加劑可以同時(shí)加入混煉 1 4小時(shí)，不必分步混煉；在上述的混煉過(guò)程中，活性物質(zhì)與導(dǎo)電劑也可以同時(shí)加入混煉 4 12小時(shí)，不必分步混煉。以上制得的喂料組合物通過(guò)注塑成型法，用精密注塑成型機(jī)精確控制注塑量，把 喂料注塑到一定面積的集流體上，經(jīng)過(guò)干燥、壓片等工藝后，制成鋰離子電池極片。這種工 藝方法已由本專利申請(qǐng)人于同日向中國(guó)專利局提出了發(fā)明專利申請(qǐng)，發(fā)明名稱為“一種鋰 離子電池極片制備方法”，在此被全文引用。下面用幾個(gè)具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。但以下的實(shí)施例不應(yīng)理解為 對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的具體限定。實(shí)施例1準(zhǔn)確稱取5. 00公斤聚四氟乙烯加入到混煉機(jī)中在300°C混煉4小時(shí)，稱取0. 25公 斤丙三醇和0. 25公斤土溫80加入到混煉機(jī)中繼續(xù)混煉4小時(shí)，溫度保持不變，之后往混 煉機(jī)中加入56. 00公斤磷酸鐵鋰混煉4小時(shí)，添加2. 00公斤鱗片石墨和1. 00公斤乙炔黑， 繼續(xù)混煉6小時(shí)后冷卻，粉碎制得正極喂料組合物。準(zhǔn)確稱取2. 00公斤聚四氟乙烯加入到 混煉機(jī)中在300°C混煉4小時(shí)后，添加0. 10公斤丙三醇和0. 10公斤土溫80混煉2小時(shí)，溫 度保持不變。之后，往混煉機(jī)中加入負(fù)極石墨36. 00公斤混煉4小時(shí)，添加乙炔黑1. 50公 斤和導(dǎo)電石墨0. 80公斤繼續(xù)混煉6小時(shí)后冷卻，粉碎得到負(fù)極喂料組合物。用精密注塑機(jī)把磷酸鐵鋰正極喂料組合物注塑到含鋁箔集流體模腔中，厚度為 250微米，負(fù)極喂料組合物注塑到含銅箔集流體模腔中，厚度為160微米。把極片在120°C 真空干燥10小時(shí)后，用平壓機(jī)壓實(shí)極片，使正極極片的厚度為140微米，負(fù)極極片的厚度為 110微米。對(duì)比例子為了進(jìn)行比較，我們用普通涂布工藝制備同樣厚度的極片。正極極片的制備往真空攪拌機(jī)中加入56. 00公斤磷酸鐵鋰、2. 00公斤鱗片石墨、 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，攪拌6小時(shí)后真空 脫氣，用涂布機(jī)把漿料涂到鋁箔集流體上，厚度為250微米。干燥后用輥壓機(jī)壓實(shí)，厚度為 140 u m。負(fù)極極片的制備往真空攪拌機(jī)中加入36. 00公斤負(fù)極石墨、1. 50公斤乙炔黑、 0. 80公斤導(dǎo)電石墨、2. 00公斤聚四氟乙烯、55. 00公斤去離子水，攪拌6小時(shí)后真空脫氣，用 涂布機(jī)把漿料涂到銅箔集流體上，厚度為160微米。干燥后用輥壓機(jī)壓實(shí)，厚度為110 ym。因?yàn)楸景l(fā)明的組合物中不含有機(jī)溶劑N_甲基吡咯烷酮，所以用本發(fā)明的組合物 生產(chǎn)鋰離子電池極片，制造成本將大大降低，同時(shí)也環(huán)保。為了比較極片的均一程度，選取極片上任意十點(diǎn)位置，測(cè)量極片的厚度，同時(shí)把集 流體上的4cm2面積上的粉體刮下來(lái)進(jìn)行重量稱量計(jì)算面密度，結(jié)果如表
5 從表中可以看出用本發(fā)明的組合物制備的鋰離子電池極片均一性比普通涂布工 藝(含有機(jī)溶劑)的高。為了對(duì)比極片的柔軟度，把采用本發(fā)明組合物制備的極片與普通涂覆工藝(含有 機(jī)溶劑)制備的極片進(jìn)行了彎折對(duì)比試驗(yàn)，彎折至極片出現(xiàn)斷裂的次數(shù)來(lái)衡量極片的柔軟 度，彎折次數(shù)越多而極片不折損說(shuō)明極片柔軟度越好。結(jié)果如表 從上表看出，用本發(fā)明的組合物制備的極片的柔軟度明顯優(yōu)于普通涂覆工藝制備 的極片。實(shí)施例2準(zhǔn)確稱取5. 00公斤聚四氟乙烯、0. 25公斤丙三醇和0. 25公斤油酸，分別加入到混 煉機(jī)中，在300°C混煉4小時(shí)后，往混煉機(jī)中加入56. 00公斤磷酸鐵鋰、2. 00公斤鱗片石墨、 1. 00公斤乙炔黑，繼續(xù)混煉6小時(shí)后制得正極喂料；準(zhǔn)確稱取2. 00公斤聚四氟乙烯、0. 10 公斤丙三醇和0. 10公斤油酸，分別加入到混煉機(jī)中，在300°C混煉4小時(shí)后，往混煉機(jī)中加 入負(fù)極石墨36. 00公斤、乙炔黑1. 50公斤、導(dǎo)電石墨0. 80公斤繼續(xù)混煉6小時(shí)后得到負(fù)極 喂料。用精密注塑機(jī)把正極喂料注塑到含鋁箔集流體的模腔中，厚度為250微米，涂料量為 31. 00g;把負(fù)極喂料注塑到含銅箔集流體模腔中，厚度為160微米，涂料量為16.00g。把極 片在200°C真空干燥10小時(shí)后，用平壓機(jī)壓實(shí)極片，使正極極片的厚度為140微米，負(fù)極極 片的厚度為110微米。然后添加隔膜，卷繞注液，做成電池，0. 1C化成，分別以0. 5C和1C分 容。同樣按照普通涂布的方法，使用含有機(jī)溶劑的配方制備極片然后組裝成電池，按 照同樣的工藝化成分容。涂布工藝制備極片如下正極極片的制備往真空攪拌機(jī)中加入56. 00公斤磷酸鐵鋰、2. 00公斤鱗片石墨、
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，攪拌6小時(shí)后真空
脫氣，用涂布機(jī)把漿料涂到鋁箔集流體上，厚度為250微米。干燥后用輥壓機(jī)壓實(shí)，厚度為140 u m。負(fù)極極片的制備往真空攪拌機(jī)中加入36. 00公斤負(fù)極石墨、1. 50公斤乙炔黑、 0. 80公斤導(dǎo)電石墨、2. 00公斤聚四氟乙烯、55. 00公斤去離子水，攪拌6小時(shí)后真空脫氣，用 涂布機(jī)把漿料涂到銅箔集流體上，厚度為160微米。干燥后用輥壓機(jī)壓實(shí)，厚度為110 ym。兩種工藝組裝成電池的化成分容結(jié)果如下表 可以看出用本發(fā)明組合物制備的極片由于后續(xù)工藝的重現(xiàn)性好，保證了極片的均 一性，電池的成品率高于普通涂布方法制備電池的成品率。實(shí)施例3-5為本發(fā)明用于鋰離 子電池極片的幾種具體的組合物配方以及它們相應(yīng)的制備方法。實(shí)施例3準(zhǔn)確稱取5. 00公斤聚四氟乙烯、0. 25公斤丙三醇和0. 25公斤油酸，分別加入到 混煉機(jī)中，在300°C混煉4小時(shí)后，往混煉機(jī)中加入56. 00公斤錳酸鋰、2. 00公斤鱗片石墨、 1. 00公斤乙炔黑，繼續(xù)混煉6小時(shí)后制得正極喂料；準(zhǔn)確稱取2. 00公斤丁苯乳膠、0. 10公 斤丙三醇和0. 10公斤油酸，分別加入到混煉機(jī)中，在300°C混煉4小時(shí)后，往混煉機(jī)中加入 負(fù)極石墨36. 00公斤、乙炔黑1. 50公斤、導(dǎo)電石墨0. 80公斤繼續(xù)混煉6小時(shí)后得到負(fù)極喂 料。實(shí)施例4準(zhǔn)確稱取5. 00公斤聚四氟乙烯、0. 25公斤丙三醇和0. 25公斤油酸，分別加入到混 煉機(jī)中，在300°C混煉4小時(shí)后，往混煉機(jī)中加入56. 00公斤二元鎳錳酸鋰、2. 00公斤鱗片 石墨、1. 00公斤乙炔黑，繼續(xù)混煉6小時(shí)后制得正極喂料；準(zhǔn)確稱取2. 00公斤聚四氟乙烯、
0.10公斤丙三醇和0. 10公斤油酸，分別加入到混煉機(jī)中，在300°C混煉4小時(shí)后，往混煉機(jī) 中加入負(fù)極石墨36. 00公斤、乙炔黑1. 50公斤、導(dǎo)電石墨0. 80公斤繼續(xù)混煉6小時(shí)后得 到負(fù)極喂料。實(shí)施例5準(zhǔn)確稱取5. 00公斤聚四氟乙烯、0. 25公斤丙三醇和0. 25公斤油酸，分別加入到混 煉機(jī)中，在300°C混煉4小時(shí)后，往混煉機(jī)中加入56. 00公斤磷酸鐵鋰、2. 00公斤鱗片石墨、
1.00公斤乙炔黑，繼續(xù)混煉6小時(shí)后制得正極喂料；準(zhǔn)確稱取2. 00公斤聚四氟乙烯、0. 10 公斤丙三醇和0. 10公斤油酸，分別加入到混煉機(jī)中，在300°C混煉4小時(shí)后，往混煉機(jī)中加 入鈦酸鋰36. 00公斤、乙炔黑1. 50公斤、導(dǎo)電石墨0. 80公斤繼續(xù)混煉6小時(shí)后得到負(fù)極喂 料。
以上僅是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例，對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。凡采用 等同變換或者等效替換而形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種用于鋰離子電池極片的組合物，由粉料和膠組成，其中粉料由正極或負(fù)極活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑組成，膠由粘接劑和添加劑組成，粉料和膠的質(zhì)量配比為粉料80～97％，膠3～20％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中，粉料中各組分所占的質(zhì)量百分比正極或負(fù)極活性 物質(zhì)85 98%，導(dǎo)電劑2 15% ；膠中各組分所占的質(zhì)量百分比粘接劑80 96%，添加劑4 20%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的組合物，其中正極活性物質(zhì)是層狀化合物，其化學(xué)式為L(zhǎng)iM02， 其中M為Ni，Mn，Co中的一種或幾種；尖晶石化合物，其化學(xué)式為L(zhǎng)iMn204 ；橄欖石結(jié)構(gòu)物質(zhì)， 其化學(xué)式為L(zhǎng)iFeP04，或上述物質(zhì)的改性物質(zhì)，或者上述物質(zhì)中的一種或幾種的組合；負(fù)極活性物質(zhì)是炭材料或過(guò)渡金屬氧化物或者它們的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的組合物，其中炭材料是天然石墨、人工石墨、炭纖維、無(wú)定形碳中 的一種或幾種的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的組合物，其中過(guò)渡金屬氧化物為1^1104或1^4115012或者它們的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2的組合物，其中導(dǎo)電劑是導(dǎo)電石墨、乙炔黑和導(dǎo)電高分子物質(zhì)中 的一種或幾種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2的組合物，其中粘接劑是熱塑性樹(shù)脂。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的組合物，其中粘接劑為聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、 丁苯乳膠(SBR)中的一種或幾種的組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2的組合物，其中添加劑為丙三醇、蓖麻油、油酸、非離子型土溫中 的一種或幾種的組合。
10.如權(quán)利要求1-9中任一所述組合物的制備方法，其特征在于，主要包括以下步驟 煉膠，往混煉機(jī)料斗中加入粘接劑，在80 350°C溫度下混煉1 4小時(shí)，加入添加劑繼續(xù)混煉1 4小時(shí)至均勻；混煉，煉膠至均勻后，往料斗中加入活性物質(zhì)，混煉1 4小時(shí)，再加入導(dǎo)電劑繼續(xù)混煉 4 12小時(shí)至均勻后出料，得到喂料組合物； 粉碎，將喂料組合物用粉碎機(jī)粉碎。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于鋰離子電池極片的組合物配方及其制備方法。該組合物由粉料和膠組成，其中粉料由正極或負(fù)極活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑組成，膠由粘接劑和添加劑組成，粉料和膠的質(zhì)量配比為粉料80～97％，膠3～20％。本發(fā)明通過(guò)混煉制成喂料組合物，喂料組合物用粉碎機(jī)粉碎后，用于注塑成型法制備鋰離子電池極片。本發(fā)明的組合物配方中因沒(méi)有使用溶劑而大大降低了電池極片的制造成本，同時(shí)也利于環(huán)保。本發(fā)明因加入了添加劑而有效的改善了喂料組合物的流動(dòng)性，易于制得均勻一致的喂料。通過(guò)注塑機(jī)精密的計(jì)量從而達(dá)到極片面密度的均勻一致，特別適合動(dòng)力電池組制備工藝使用，能大幅度提高電池組配組成品率。
文檔編號(hào)H01M4/62GK101894950SQ201010236450
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月26日
發(fā)明者邢長(zhǎng)生 申請(qǐng)人:超威電源有限公司