专利名称：一种锂离子电池正极或负极极片及其涂布方法
技术领域：
本发明涉及一种锂离子电池正极或负极极片及其涂布方法。
背景技术：
锂离子电池是最新一代的绿色高能充电电池，于19卯年首次由日本SONY公司研 制成功，随着科学技术的不断进步，锂离子电池的能量密度与容量不断增加，锂离子 电池以其优越的性能逐渐取代镍镉电池和镍氢电池，成为便携式电子设备的首选充电 电池，在摄像机、数码相机、手机及笔记本电脑、电动汽车、空间技术、国防工业等 诸多方面具有广阔的应用前景。
锂离子电池虽然性能比较优越，但在制作工艺上，还存在一些问题，对电池的制 作和性能造成一些不良影响，如电池电极极片容易掉粉，导致电池的容量低、循环寿 命差、内阻大、生产原材料成本高等。现解决此类问题最常用的方法是增加或改善粘 结剂和导电剂的用量，但粘结剂的用量增加会使电池的内阻大增大、比容量减少、循 环寿命差、生产原材料成本高等影响，导电剂的用量会有类似的情况。因此，是为了 优化锂离子电池性能，提高其市场竞争力，避免在浆料的过程中加入大量的粘结剂， 并且使其在涂布以及制片的过程中不再出现掉粉的现象，使电极活性材料在浆料中的 含量增加，从而使电池的比容量增加。本发明针对锂离子电池正负极极片在涂布方面 存在的一些技术上缺陷，提供一种新的涂布方法。
发明内容
本发明的目的是为了优化锂离子电池性能，提高其市场竞争力，根据锂离子电池 正负极极片存在的一些技术上缺陷，提供一种新的锂离子电池正极或负极极片及其涂 布方法。使电极浆料中密度小、比表面积大的材料能够更好的与箔材粘结在一起，避 免电池在装配以及循环过程中的出现掉粉现象，降低电池内阻，提髙活性物质的利用 率，改善电池性能。
本发明的目的通过下述方式实现的。
一种锂离子电池正、负极极片，所述的JH、负极极片依次由箔材、导电胶薄层、 电极活性材料层组成，导电胶薄层厚度为5 10拜。
所述正、负极片的导电胶薄层包括导电剂、粘结剂和溶剂。 正极极片导电胶薄层中，所述导电剂至少包括纳米碳纤维、碳纳米管、纳米银粉、 纳米铜粉、纳米镍粉、乙炔黑、导电碳黑、石黑粉、导电聚合物中的一种粘结剂至 少包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯中的一种溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
所述负极极片导电胶薄层中，所述导电剂至少包括纳米碳纤维、碳纳米管、纳米 银粉、纳米铜粉、纳米镍粉、乙炔黑、导电碳黑、石黑粉、导电聚合物中的一种粘 结剂至少包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯中的--种溶剂为N-甲基吡咯烷酮、纯水 中的一种粘合剂至少包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、CMC、 SBR中的一种。 导电胶中的粘结剂和溶剂按质量比l: 8-12混合。
所述一种锂离子电池正、负极极片的涂布方法，
1) 导电胶薄层的制备，将粘结剂和溶剂混合加入到搅拌锅内，高速搅拌混合均匀 后，再加入所需的导电剂，搅拌混合均匀后制成导电胶乳液；将导电胶加入料槽内， 调整涂布机的刀表间隙，使得在箔材表面形成一层5 l(Hun的胶层，经过加热装置， 使得箔材表面形成一层与箔材粘结牢固、表面粗糙不平的导电胶薄层；
2) 在导电层薄层表面上涂上所需面密度的正极活性材料浆料涂层，然后烘干，制 成所需极片。
正极极片导电胶中，所述导电剂至少包括纳米碳纤维、碳纳米管、纳米银粉、纳 米铜粉、纳米镍粉、乙炔黑、导电碳黑、石黑粉、导电聚合物中的一种；粘结剂至少 包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯中的一种溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
所述负极极片导电胶中，所述导电剂至少包括纳米碳纤维、碳纳米管、纳米银 粉、纳米铜粉、纳米镍粉、乙炔黑、导电碳黑、石黑粉、导电聚合物中的一种；粘结 剂至少包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯中的一种；溶剂为N-甲基吡咯垸酮、纯水中 的一种粘合剂至少包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、CMC、 SBR中的一种。 导电胶中的粘结剂和溶剂按质量比l: 8-12混合。
所述的导电胶的制备，优选将粘结剂和溶剂按质量比l: IO的比例加入到搅拌锅 内，髙速搅拌混合均匀后，再加入所需导电剂(具体比例裨不同材料而定)，搅拌混 合均匀后制成导电胶乳液。
本发明是在制成涂布浆料前预涂一层导电胶，在箔材表面形成一层具有良好的粘 结力和导电性的结构紧密的导电胶薄层，在这层导电胶薄层上再进行电极活性材料浆 料的涂布，在合适的温度下进行烘干，而制成所需的极片。
本发明通过在箔材表面上预涂一层导电胶的方法使电极浆料中密度小、比表面积 大的材料能够更好的与箔材粘结在一起，可降低箔材的表面能，提髙浆料的浸润性，从而提髙正极材料与集流体(铝箔)的粘结性能，减少电池在循环过程中的掉粉现象， 使电池的循环寿命更长，而且还可降低浆料中粘结剂的含量提高活性物质的利用率， 并且此种方法本身不会对电池的性能产生消极的影响。
本发明一方面，在不影响浆料粘结性能的情况下，通过涂覆的导电胶薄层相对地 提高正负极活性物质的利用率从而提高电池的比容量，减少电池在制作过程中以及循 环过程中的掉粉现象，改善电池的循环性能；另一方面，相对地降低电池的原材料成 本，提髙其市场竞争力。
本发明方案提供的锂离子电池IH负极极片的涂布方法所制成的极片用在锂离子 电池上的优点还在于
A覆盖有导电胶薄层的箔材表面粗糙不平、而且含有极性强的粘结剂，可以显 著提髙电极活性材料与基材的粘结能力，改善极片的各项性能，提髙极片在轧膜、装 配过程中的可操作性。
B由于导电胶薄层中的粘结力增强可以降低浆料中粘结剂的含量以及导电剂 的含量，增加电极活性材料的利用率，减少电池的内阻、相对地降低电池的生产原材 料成本。
C由于粘结力增强，减少电池在涂布以及制片的过程中和在循环过程中的掉粉 现象，使电池的循环寿命更长。
D随着活性物质比重的提高，可以在容量一定的情况下降低极片的面密度，提 高电池的性能。
图1为本发明涂布装置的及流程示意图。
图l中l放巻装置，2导电胶槽，3加热装置，4浆料槽，5烘箱，6收巻装置。
具体实施例方式
本发明方案提供的锂离子电池负极的集流体选用铝箔，正极导电胶包括导电剂、 粘结剂和溶剂，所述导电剂至少包括纳米碳纤维、碳纳米管、纳米银粉、纳米铜粉、 纳米镍粉、乙炔黑、导电碳黑、石黑粉、导电聚合物等中的一种，所述的粘结剂至少 包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯中的一种，所述的溶剂为N-甲基吡咯烷酮。正极物质 组成包括正极活性物质、导电剂和粘结剂。其中正极活性物质选用至少包括钴酸锂、 锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰锂、磷酸钴锂、镍酸锂、镍钴酸锂、镍锰酸锂、镍锰钻酸 锂中的一种或几种，导电剂选用至少包括纳米碳纤维、碳纳米管、纳米银粉、乙炔黑、
导电碳黑、石黑粉等中的一种，粘结剂选用至少包括PTFB(聚四氟乙烯)、PVOT (聚 偏二氟乙烯)中的一种。
本发明方案提供的锂离子电池负极的集流体选用铜箔，负极导电胶包括导电剂、 粘结剂和溶剂，所述导电剂至少包括纳米碳纤维、碳纳米管、纳米银粉、纳米铜粉、 纳米镍粉、乙炔黑、导电碳黑、石黑粉、导电聚合物等屮的--种，所述的粘结剂至少 包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯中的一种，所述的溶剂为N-甲基吡唂烷酮、纯水等 中的一种，所述的粘结合剂至少包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、SBR (丁苯乳胶)、 CMC (羧甲基纤维素)等中的一种。负极物质组成包括碳材料、导电剂和粘结剂，其 中所述碳材料至少包括人造石黑、天然石黑、天然改性石黑、碳纤维、中间相碳微球、 针状焦、氧化锡、钛酸锂、石黑粉等中的一种，导电剂选用至少包括纳米碳纤维、碳 纳米管、纳米银粉、乙炔黑、导电碳黑、石黑粉等中的一种，粘结剂选用至少包括 PTFE (聚四氟乙烯)、PVDF (聚偏二氟乙烯)、SBR (丁苯乳胶)、CMC (羧甲基纤 维素)、MC (甲基纤维素)等中的一种。
实施例1
一种锂离子电池正极极片的制备
(1) 准确称量100克PVDF， 100克导电碳黑，1000克NMP。
(2) 导电胶的制备，首先，将1000克NMP加入真空搅拌机中，再慢慢加入100 克PVDF,揽拌，使PVDF完全溶解，混合均匀后，再加入100克导电碳黑，搅拌混 合均匀即制成正极导电胶乳液。
(3) 正极电极材料浆料配制94.5克钴酸锂，3.0克导电碳黑，2.5克PVDF和 50克NMP，混合均匀即制备成正极电极材料浆料。
(4) 制好的导电胶乳液放入图1中的导电胶槽2中，在放巻装置1上装好铝箔 (厚0.018 mmb0.002mmx宽260 mmil.0mm)， IF.极电极材料荣料放入浆料槽4，开
动机器，调整好干燥温度(90~1101C)、涂敷的导电胶厚度(5 10jim)、涂布的正极 电极浆料面密度(正极涂布单面面密度为205±5g/m2,正极涂布双面面密度为 410±10g/m2),导电胶乳液涂敷在铝箔上，在铝箔表面形成一层5 10nm的胶层，经 过加热装置3干燥后，使得铝箔表面形成一层与箔材粘结牢固、表面粗糙不平的导电 层薄层。调整涂布机的刀表间隙，在所制的已敷有一层导电层薄层铝箔表面上涂上所 需面密度的浆料涂层，然后烘干，制成所需正极极片。
实施例2
一种锂离子电池负极极片的制备
(1) 准确称量50克CMC， IOO克SBR乳液，IOO克导电碳黑，1000克纯水。
(2) 导电胶的制备，首先，将1000克纯水加入真空搅拌机中，再慢慢加入50 克CMC,搅均后，加入100克SBR乳液，混合均匀后，再加入100克导电碳黑，搅 拌混合均匀即制成负极导电胶乳液。
(3) 负极电极材料浆料配制95.4克人造石墨，l克导电碳黑，1.6克CMC， 2 克SBR和IOO克纯水，混合均匀即制备成负极电极材料浆料。
(4) 制好的导电胶乳液放入图1中的导电胶槽2中，在放巻装置1上装好铜箔 (厚0.012 mntb0.002mmx宽240 mm士1.0mm),负极电极材料浆料放入浆料槽4，开
动机器，调整好干燥温度(90~110'C)、涂敷的导电胶厚度(5 10pm)、涂布的负极 电极浆料面密度(负极涂布单面面密度为0.97±0.02g/dm2,负极涂布双面面密度为 1.94±0.02g/dm2)，导电胶乳液涂敷在铝箔上，在铜箔表面形成一层5 10拜的胶层， 经过加热装置3干燥后，使得铜箔表面形成—层与箔材粘结牢固、表面粗糙不平的导 电层薄层。调整涂布机的刀表间隙，在所制的已敷有一层导电层薄层铜箔表面上涂上 所需面密度的浆料涂层，然后烘干，制成所需负极极片。
权利要求
1.一种锂离子电池正极或负极极片，其特征在于所述的正极或负极极片依次由箔材、导电胶薄层、电极活性材料层组成，导电胶薄层厚度为5～10μm。
2. 根据权利要求l所述的一种锂离子电池正极或负极极极片，其特征在于所述正极或负极极片的导电胶薄层包括导电剂、粘结剂和溶剂。
3. 根据权利要求2所述的一种锂离子电池正极或负极极片，其特征在于正极极片导电胶薄层中，所述导电剂至少包括纳米碳纤维、碳纳米管、纳米银粉、纳米铜粉、纳米镍粉、乙炔黑、导电碳黑、石黑粉、导电聚合物中的一种；粘结剂至少包括聚四氟 乙烯、聚偏二氟乙烯中的一种溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
4. 根据权利要求2所述的一种锂离子电池正极或负极极极片，其特征在于所述负 极极片导电胶薄层中，所述导电剂至少包括纳米碳纤维、碳纳米管、纳米银粉、纳米 铜粉、纳米镍粉、乙炔黑、导电碳黑、石黑粉、导电聚合物中的一种；粘结剂至少包 括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯中的一种；溶剂为N-甲基吡咯烷酮、纯水中的一种； 粘合剂至少包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、CMC、 SBR中的一种。
5. 根据权利要求2或3或4所述的一种锂离子电池正极或负极极极片，其特征在于 导电胶中的粘结剂和溶剂按质量比l: 8-12混合。
6. 权利要求2所述一种锂离子电池正极或负极极极片的涂布方法，其特征在于1) 导电胶薄层的制备，将粘结剂和溶剂混合加入到搅拌锅内，高速搅拌混合均匀后， 再加入所需的导电剂，搅拌混合均匀后制成导电胶乳液；将导电胶加入料槽内，调整 涂布机的刀表间隙，使得在箔材表面形成一层5 10拜的胶层，经过加热装置，使 得箔材表面形成一层与箔材粘结牢固、表面粗糙不平的导电胶薄层；2) 在导电层薄层表面上涂上所需面密度的正极活性材料浆料涂层，然后烘干.制成 所需极片。
7. 根据权利要求6所述一种锂离子电池正极或负极极极片的涂布方法，其特征在于 正极极片导电胶中，所述导电剂至少包括纳米碳纤维、碳纳米管、纳米银粉、纳米铜 粉、纳米镍粉、乙炔黑、导电碳黑、石黑粉、导电聚合物中的一种；粘结剂至少包拈 聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯中的一种溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
8. 根据权利要求6所述的一种锂离子电池正极或负极极片，其特征在于所述负极 极片导电胶中，所述导电剂至少包括纳米碳纤维、碳纳米管、纳米银粉、纳米铜粉、 纳米镍粉、乙炔黑、导电碳黑、石黑粉、导电聚合物中的一种粘结剂至少包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯中的一种；溶剂为N-甲基吡咯烷酮、纯水中的一祌；粘合利 至少包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、CMC、 SBR中的一种。
9.根据权利要求6或7或8所述的一种锂离子电池正极或负极极片，其特征在于导电胶中的粘结剂和溶剂按质量比1: 8-12混合。
全文摘要
一种锂离子电池正极或负极极片及其涂布方法，所述的正、负极极片依次由箔材、导电胶薄层、电极活性材料层组成，导电胶薄层厚度为5～10μm。它按下述步骤制作首先，浆料涂布前先在箔材表面预涂一层厚度为5～10μm导电胶薄层，在箔材表面形成一层具有良好的粘结力和导电性的结构紧密的导电胶薄层。然后，再在这层导电胶薄层上进行电极活性材料浆料的涂布，在合适的温度下进行烘干，而制成所需的极片。本发明可降低箔材的表面能，提高浆料的浸润性，从而提高正极材料与集流体(铝箔)的粘结性能，减少电池在循环过程中的掉粉现象，使电池的循环寿命更长，而且还可降低浆料中粘结剂的含量提高活性物质的利用率，并且此种方法本身不会对电池的性能产生消极的影响。
文档编号H01M4/02GK101174685SQ200710035970
公开日2008年5月7日 申请日期2007年10月26日 优先权日2007年10月26日
发明者邓凌峰 申请人:中南大学