CN103107308B - 负极片和锂离子动力电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动力电池的负极片和锂离子动力电池及其制备方法，本发明在负极浆料中加入一定比例的酮类有机溶剂，有效解决了钛酸锂负极浆料的果冻状问题，实现了负极浆料的顺利涂布：(1)钛酸锂负极片涂布的可行性得到了极大改善；(2)钛酸锂负极片涂布优率得到了极大改善提升。
Description
技术领域
本发明涉及电池材料领域，特别涉及一种负极片和锂离子动力电池及其制备方法。
背景技术
钛酸锂电池作为一种新兴的汽车动力电池及储能电池已经日益被业界看好，并有广阔的发展前景。钛酸锂电池具有低温放电性能好，可以实现大倍率快速充放电等优越性能。同时钛酸锂电池具有循环寿命长的优异性能。因此钛酸锂电池作为锂电池业界的革命性创新势必成为动力电池和储能电池的一项选择。
钛酸锂锂离子二次电池通常包括正极片、钛酸锂负极片、间隔于正极片和钛酸锂负极片之间的隔离膜，以及电解液。其中，正极片包括正极集流体和附着在正极集流体上的正极膜片，钛酸锂负极片包括负极集流体和附着在负极集流体上的钛酸锂负极膜片；隔离膜间隔于正极片和负极片之间，起到电子阻隔作用，并防止正极片和负极片短路。电解液由正极片、负极片和隔离膜吸收，形成锂离子通路。锂离子二次电池在正常工作时，由正极集流体引出的正极端和负极集流体引出的负极端与外电路形成电子通路，电解液和正负极活性物质中锂离子形成离子通路。电子通路和离子通路共同形成回路，以达到正常工作的目的。锂离子电池的电解液及正负极活性物质处于密闭的外壳包围之中，以防止外界的水汽进入产生不必要的副反应。
钛酸锂负极膜片由钛酸锂负极浆料在集流体上涂布制得。现有的一些钛酸锂动力电池负极浆料制作技术多存在浆料难分散的问题。并且钛酸锂负极浆料容易形成果冻状，导致负极浆料难以在铝箔基材上进行涂布。造成贵重的钛酸锂负极浆料的损失。
发明内容
本发明的目的是提供一种动力电池的负极片，该负极片解决了现有技术中钛酸锂负极浆料的果冻状问题，实现了钛酸锂负极浆料的顺利涂布。
具体的技术方案如下：
一种动力电池的负极片，包括负极集流体和附着在负极集流体上的负极膜片，所述负极膜片包括负极活性物质、导电炭黑、粘结剂和溶剂，所述负极活性物质为钛酸锂纳米粉末，所述溶剂为酮类有机溶剂与N-甲基吡咯烷酮的混合物，所述负极活性物质、导电炭黑、粘结剂、酮类有机溶剂和N-甲基吡咯烷酮的重量比为36∶2∶2∶1-30∶30-59。
优选地，所述负极活性物质、导电炭黑、粘结剂、酮类有机溶剂和N-甲基吡咯烷酮的重量比为36∶2∶2∶11∶49。
优选地，所述酮类有机溶剂选自丙酮、丁酮、环戊酮或环己酮中的一种。
优选地，所述粘结剂为聚偏二氟乙烯。
本发明的另一目的是提供一种包含上述负极片的锂离子动力电池。
具体的技术方案如下：
一种锂离子动力电池，包括设置于壳体内的正极片、上述含有酮类有机溶剂的负极片、隔离膜、电解液及壳体。
本发明的另一目的是提供上述锂离子动力电池的制备方法。
具体的技术方案如下：
一种上述锂离子动力电池的制备方法，包括如下步骤：
(1)正极片的制作：将正极活性物质、导电炭黑、粘结剂和溶剂搅拌混合均匀，得到待涂敷的正极浆料，将正极浆料均匀涂敷在正极集流体上形成正极膜片，然后在85-135℃烘干，即得正极片；
(2)负极片的制作：将负极活性物质、导电炭黑、粘结剂、酮类有机溶剂与N-甲基吡咯烷酮搅拌混合均匀，得到待涂敷的负极浆料，将负极浆料均匀涂敷在负极集流体上形成负极膜片，然后在85-135℃烘干，即得负极片；
(3)将正极片、负极片通过叠片或卷绕的方式并使用隔离膜将二者隔离开制成电池芯，装入到壳体中，往壳体中注入与其相应容量的电解液，密封后即得所述锂离子动力电池。
优选地，所述正极活性物质、导电炭黑、粘结剂和溶剂的重量比为42∶2.5∶2.5∶53。
本发明的优点是：
本发明在负极浆料中加入一定比例的酮类有机溶剂，有效解决了钛酸锂负极浆料的果冻状问题，实现了负极浆料的顺利涂布：
(1)钛酸锂负极片涂布的可行性得到了极大改善；
(2)钛酸锂负极片涂布优率得到了极大改善提升。
附图说明
图1为负极片的结构示意图。
附图标记说明：1、负极膜片；2、印刷处理层；3、集流体(铝箔)；4、印刷处理后的集流体；5、负极片。
具体实施方式
本发明实施例所使用的负极片5包括负极集流体(铝箔)3、集流体正反两面上的印刷处理层2，以及涂覆在印刷处理层2上的负极膜片1(如图1所示)。
以下通过具体实施例对本发明做进一步阐述。
实施例1
本实施例所述锂离子动力电池，包括设置于壳体内的正极片、负极片、隔离膜、电解液及壳体，正极片包括正极集流体和附着在正极集流体上的正极膜片，负极片包括负极集流体和附着在负极集流体上的负极膜片；所述正极膜片包括正极活性物质、导电炭黑、粘结剂和溶剂，所述负极膜片包括负极活性物质、导电炭黑、粘结剂和溶剂。
所述负极活性物质为钛酸锂纳米粉末，所述溶剂为环己酮与N-甲基吡咯烷酮的混合物，所述负极活性物质、导电炭黑、粘结剂、环己酮和N-甲基吡咯烷酮的重量比为36∶2∶2∶11∶49。
锂离子动力电池的制备方法如下：
(1)正极片的制作：将正极活性物质锂镍钴锰、导电炭黑、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)和溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)按重量比42∶2.5∶2.5∶53的比例均匀搅拌混合，得到待涂敷的正极浆料，将正极浆料均匀涂敷在厚20微米的铝箔正极集流体上形成正极膜片，然后在110℃烘干，即得正极片；
(2)负极片的制作：将负极活性物质钛酸锂纳米粉末、导电炭黑、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)、环己酮和N-甲基吡咯烷酮按照重量比36∶2∶2∶11∶49的比例均匀搅拌混合，得到待涂敷的负极浆料，将负极浆料均匀涂敷在厚20微米的印刷处理过的集流体4上形成负极膜片1，然后在100℃烘干，即得负极片5(如图1所示)；
(3)将正极片、负极片通过叠片或卷绕的方式并使用隔离膜将二者隔离开制成电池芯，装入到复合铝塑膜壳体中，往壳体中注入与其相应容量的电解液(电解液的组成为：浓度为1mol/l的六氟磷酸锂(LiPF6)为锂盐，碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)和碳酸二甲酯(DMC)的混合物为溶剂，EC、PC、DMC的重量比为1∶1∶1)，密封后即得本实施例所述锂离子动力电池。成品动力电池尺寸为232mm(L)x201mm(w)x8.5mm(H)。
实施例2
本实施例所述锂离子动力电池，包括设置于壳体内的正极片、负极片、隔离膜、电解液及壳体，正极片包括正极集流体和附着在正极集流体上的正极膜片，负极片包括负极集流体和附着在负极集流体上的负极膜片；所述正极膜片包括正极活性物质、导电炭黑、粘结剂和溶剂，所述负极膜片包括负极活性物质、导电炭黑、粘结剂和溶剂。
所述负极活性物质为钛酸锂纳米粉末，所述溶剂为丙酮与N-甲基吡咯烷酮的混合物，所述负极活性物质、导电炭黑、粘结剂、丙酮和N-甲基吡咯烷酮的重量比为36∶2∶2∶30∶30。
锂离子动力电池的制备方法如下：
(1)正极片的制作：将正极活性物质锂镍钴锰、导电炭黑、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)和溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)按重量比42∶2.5∶2.5∶53的比例均匀搅拌混合，得到待涂敷的正极浆料，将正极浆料均匀涂敷在厚20微米的铝箔正极集流体上形成正极膜片，然后在110℃烘干，即得正极片；
(2)负极片的制作：将负极活性物质钛酸锂纳米粉末、导电炭黑、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)、丙酮和N-甲基吡咯烷酮按照重量比36∶2∶2∶30∶30的比例均匀搅拌混合，得到待涂敷的负极浆料，将负极浆料均匀涂敷在厚20微米的印刷处理过的集流体4上形成负极膜片1，然后在100℃烘干，即得负极片5；
(3)将正极片、负极片通过叠片或卷绕的方式并使用隔离膜将二者隔离开制成电池芯，装入到复合铝塑膜壳体中，往壳体中注入与其相应容量的电解液(电解液的组成为：浓度为1mol/l的六氟磷酸锂(LiPF6)为锂盐，碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)和碳酸二甲酯(DMC)的混合物为溶剂，EC、PC、DMC的重量比为1∶1∶1)，密封后即得本实施例所述锂离子动力电池。成品动力电池尺寸为232mm(L)x201mm(w)x8.5mm(H)。
实施例3
本实施例所述锂离子动力电池，包括设置于壳体内的正极片、负极片、隔离膜、电解液及壳体，正极片包括正极集流体和附着在正极集流体上的正极膜片，负极片包括负极集流体和附着在负极集流体上的负极膜片；所述正极膜片包括正极活性物质、导电炭黑、粘结剂和溶剂，所述负极膜片包括负极活性物质、导电炭黑、粘结剂和溶剂。
所述负极活性物质为钛酸锂纳米粉末，所述溶剂为丁酮与N-甲基吡咯烷酮的混合物，所述负极活性物质、导电炭黑、粘结剂、丁酮和N-甲基吡咯烷酮的重量比为36∶2∶2∶1∶59。
锂离子动力电池的制备方法如下：
(1)正极片的制作：将正极活性物质锂镍钴锰、导电炭黑、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)和溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)按重量比42∶2.5∶2.5∶53的比例均匀搅拌混合，得到待涂敷的正极浆料，将正极浆料均匀涂敷在厚20微米的铝箔正极集流体上形成正极膜片，然后在110℃烘干，即得正极片；
(2)负极片的制作：将负极活性物质钛酸锂纳米粉末、导电炭黑、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)、丁酮和N-甲基吡咯烷酮按照重量比36∶2∶2∶1∶59的比例均匀搅拌混合，得到待涂敷的负极浆料，将负极浆料均匀涂敷在厚20微米的印刷处理过的集流体4上形成负极膜片1，然后在100℃烘干，即得负极片5；
(3)将正极片、负极片通过叠片或卷绕的方式并使用隔离膜将二者隔离开制成电池芯，装入到复合铝塑膜壳体中，往壳体中注入与其相应容量的电解液(电解液的组成为：浓度为1mol/l的六氟磷酸锂(LiPF6)为锂盐，碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)和碳酸二甲酯(DMC)的混合物为溶剂，EC、PC、DMC的重量比为1∶1∶1)，密封后即得本实施例所述锂离子动力电池。成品动力电池尺寸为232mm(L)x201mm(w)x8.5mm(H)。
实施例4
本实施例所述锂离子动力电池，包括设置于壳体内的正极片、负极片、隔离膜、电解液及壳体，正极片包括正极集流体和附着在正极集流体上的正极膜片，负极片包括负极集流体和附着在负极集流体上的负极膜片；所述正极膜片包括正极活性物质、导电炭黑、粘结剂和溶剂，所述负极膜片包括负极活性物质、导电炭黑、粘结剂和溶剂。
所述负极活性物质为钛酸锂纳米粉末，所述溶剂为环戊酮与N-甲基吡咯烷酮的混合物，所述负极活性物质、导电炭黑、粘结剂、环戊酮和N-甲基吡咯烷酮的重量比为36∶2∶2∶15∶45。
锂离子动力电池的制备方法如下：
(1)正极片的制作：将正极活性物质锂镍钴锰、导电炭黑、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)和溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)按重量比42∶2.5∶2.5∶53的比例均匀搅拌混合，得到待涂敷的正极浆料，将正极浆料均匀涂敷在厚20微米的铝箔正极集流体上形成正极膜片，然后在110℃烘干，即得正极片；
(2)负极片的制作：将负极活性物质钛酸锂纳米粉末、导电炭黑、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)、环戊酮和N-甲基吡咯烷酮按照重量比36∶2∶2∶15∶45的比例均匀搅拌混合，得到待涂敷的负极浆料，将负极浆料均匀涂敷在厚20微米的印刷处理过的集流体4上形成负极膜片1，然后在100℃烘干，即得负极片5；
(3)将正极片、负极片通过叠片或卷绕的方式并使用隔离膜将二者隔离开制成电池芯，装入到复合铝塑膜壳体中，往壳体中注入与其相应容量的电解液(电解液的组成为：浓度为1mol/l的六氟磷酸锂(LiPF6)为锂盐，碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)和碳酸二甲酯(DMC)的混合物为溶剂，EC、PC、DMC的重量比为1∶1∶1)，密封后即得本实施例所述锂离子动力电池。成品动力电池尺寸为232mm(L)x201mm(w)x8.5mm(H)。
对比例1
本实施例所述锂离子动力电池，包括设置于壳体内的正极片、负极片、隔离膜、电解液及壳体，正极片包括正极集流体和附着在正极集流体上的正极膜片，负极片包括负极集流体和附着在负极集流体上的负极膜片；所述正极膜片包括正极活性物质、导电炭黑、粘结剂和溶剂，所述负极膜片包括负极活性物质、导电炭黑、粘结剂和溶剂。
所述负极活性物质为钛酸锂纳米粉末，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮，所述负极活性物质、导电炭黑、粘结剂和N-甲基吡咯烷酮的重量比为36∶2∶2∶60。
锂离子动力电池的制备方法如下：
(1)正极片的制作：将正极活性物质锂镍钴锰、导电炭黑、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)和溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)按重量比42∶2.5∶2.5∶53的比例均匀搅拌混合，得到待涂敷的正极浆料，将正极浆料均匀涂敷在厚20微米的铝箔正极集流体上形成正极膜片，然后在110℃烘干，即得正极片。
(2)负极片的制作：将负极活性物质钛酸锂纳米粉末、导电炭黑、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)和N-甲基吡咯烷酮按照重量比36∶2∶2∶60的比例均匀搅拌混合，得到待涂敷的负极浆料，将负极浆料均匀涂敷在厚20微米的印刷处理过的集流体上形成负极膜片，然后在100℃烘干，即得负极片。
(3)将正极片、负极片通过叠片或卷绕的方式并使用隔离膜将二者隔离开制成电池芯，装入到复合铝塑膜壳体中，往壳体中注入与其相应容量的电解液(电解液的组成为：浓度为1mol/l的六氟磷酸锂(LiPF6)为锂盐，碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)和碳酸二甲酯(DMC)的混合物为溶剂，EC、PC、DMC的重量比为1∶1∶1)，密封后即得本对比例所述锂离子动力电池。成品动力电池尺寸为232mm(L)x201mm(w)x8.5mm(H)。
实施例5：性能测试
性能测试结果见表1：
表1实施例1-3与对比例1性能结果比较
| 案例 | 负极浆料外观 | 负极片涂布 | 涂布优率 |
| 实施例1 | 自然流体 | 可行 | 通过(95.0％) |
| 实施例2 | 自然流体 | 可行 | 通过(93.0％) |
| 实施例3 | 自然流体 | 可行 | 通过(80.0％) |
| 实施例4 | 自然流体 | 可行 | 通过(83.0％) |
| 对比例1 | 果冻状 | 不可行 | 未通过(20.0％) |
从表1的性能测试结果可以看出：本发明在负极浆料中加入一定比例的酮类有机溶剂，有效解决了钛酸锂负极浆料的果冻状问题，实现了负极浆料的顺利涂布。相对于既有技术，本发明锂离子二次电池具有以下优点：
(1)钛酸锂负极极片涂布的可行性得到了极大改善；
(2)钛酸锂负极极片涂布优率得到了极大改善提升。
以上是针对本发明的可行实施例的具体说明，但该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所为的等效实施或变更，均应包含于本发明的专利范围中。
Claims (6)
1.一种动力电池的负极片，包括负极集流体和附着在负极集流体上的负极膜片，所述负极膜片包括负极活性物质、导电炭黑、粘结剂和溶剂，其特征在于，所述负极活性物质为钛酸锂纳米粉末，所述溶剂为酮类有机溶剂与N-甲基吡咯烷酮的混合物，所述负极活性物质、导电炭黑、粘结剂、酮类有机溶剂和N-甲基吡咯烷酮的重量比为36:2:2:1-30:30-59,其中，所述酮类有机溶剂选自丙酮、丁酮、环戊酮或环己酮中的一种。
2.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述负极活性物质、导电炭黑、粘结剂、酮类有机溶剂和N-甲基吡咯烷酮的重量比为36:2:2:11:49。
3.根据权利要求1或2所述的负极片，其特征在于，所述粘结剂为聚偏二氟乙烯。
4.一种锂离子动力电池，其特征在于，包括设置于壳体内的正极片、如权利要求1-3任一项所述的负极片、隔离膜、电解液及壳体。
5.一种如权利要求4所述的锂离子动力电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)正极片的制作：将正极活性物质、导电炭黑、粘结剂和溶剂搅拌混合均匀，得到待涂敷的正极浆料，将正极浆料均匀涂敷在正极集流体上形成正极膜片，然后在85-135℃烘干，即得正极片；
(2)负极片的制作：将负极活性物质、导电炭黑、粘结剂、酮类有机溶剂与N-甲基吡咯烷酮搅拌混合均匀，得到待涂敷的负极浆料，将负极浆料均匀涂敷在负极集流体上形成负极膜片，然后在85-135℃烘干，即得负极片；
(3)将正极片、负极片通过叠片或卷绕的方式并使用隔离膜将二者隔离开制成电池芯，装入到壳体中，往壳体中注入与其相应容量的电解液，密封后即得所述锂离子动力电池。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述正极活性物质、导电炭黑、粘结剂和溶剂的重量比为42:2.5:2.5:53。
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