一种锂离子电池极片浆料、极片及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及本发明专利技术涉及一种锂离子电池极片浆料、极片及其制备方法和应用，所述极片浆料包括：电极活性材料、导电剂、粘结剂、溶剂和柔性剂，所述柔性剂为碳原子数在2～5的醇，以溶剂和柔性剂的含量之和为100％计算，所述柔性剂的体积百分含量为0.1～15％；本发明专利技术在制备极片时，采用在极片浆料中混入柔性剂制成极片，或者在已制好的极片表面涂覆柔性剂，从而获得一种低硬脆性的极片；同时本发明专利技术还提供了一种降低极片断裂性的方法，其通过在极片中加入柔性剂得以实现。本发明专利技术提供的正极极片在加工和使用过程中断裂发生的概率大大降低，提高了锂离子电池的加工良率以及使用安全性，克服了负极在充放电过程中粉料脱落的问题，延长锂离子电池使用寿命。

A kind of lithium ion battery electrode paste, electrode and its preparation method and Application

The invention relates to a lithium-ion battery pole piece slurry, a pole piece and a preparation method and application thereof. The pole piece slurry comprises an electrode active material, a conductive agent, a binder, a solvent and a flexible agent. The flexible agent is an alcohol with a carbon atom number of 2-5, calculated by 100% of the sum of the solvent and the flexible agent, and the volume percentage content of the flexible agent is 0.1-15%; In the preparation of the pole piece, a pole piece is made by mixing a flexible agent into the pole piece slurry, or coating a flexible agent on the prepared pole piece surface, so as to obtain a pole piece with low hardness and brittleness; at the same time, the invention also provides a method for reducing the fracture of the pole piece, which is realized by adding a flexible agent into the pole piece. The positive pole piece provided by the invention has a greatly reduced probability of breaking in the process of processing and use, improves the processing yield and use safety of the lithium-ion battery, overcomes the problem of powder falling off during the charging and discharging process of the negative pole, and prolongs the service life of the lithium-ion battery.

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池极片浆料、极片及其制备方法和应用
本专利技术涉及动力电池
，尤其涉及一种锂离子电池极片浆料、极片及其制备方法和应用。
技术介绍
锂离子电池具有无污染、能量密度和功率密度高、电压高、循环寿命长、自放电小、无记忆效应等优点，已经被广泛用于智能手机、笔记本、平板电脑等便携式电子设备，并且随着电动汽车的发展，锂电池也已被广泛作为车用动力电池。随着电动汽车的普及，消费者迫切的需要一种高能量密度的动力锂离子电池，以满足对电动汽车续航里程提升和使用寿命延长的需求。目前，为了提高锂离子电池的能量密度和循环寿命，研究者通常采用的技术手段是对正极材料进行包覆和/或掺杂。CN101714634A公开了一种碳包覆的磷酸铁锂材料，采用微波加热的方法，同时将碳源气体气相热解，使碳物种沉积在磷酸铁锂表面，以获得碳包覆结构完整、均匀且牢固的磷酸铁锂，同时该制备方法能显著提高磷酸铁锂材料的机械加工性能和电化学性能。CN108448113A公开了一种掺杂改性的磷酸铁锂正极材料，以掺杂有镁，或掺杂镁和稀土的电池级碳酸锂为锂源，将锂源与铁源、磷源、碳源配料、研磨，烘干获得掺杂改性的磷酸铁锂前躯体，再将前躯体焙烧处理得到磷酸铁锂正极材料产品，其Mg含量为0.06～1.75％。该方法制备得到的磷酸铁锂正极材料实现磷酸铁锂均匀掺杂镁、铈或镧，其放电容量、循环性能、倍率性能均较优越，较好地满足了应用需求。CN108807931A公开了一种表面包覆硅酸铝锂和表层掺杂氟的高镍材料，该高镍材料包括硅酸铝锂包覆层和高镍三元材料中心层，包覆层厚度为1nm～200nm，并掺杂有氟元素，硅酸铝锂快离子导体材料包覆层具有好的锂离子导电性能，通过氟离子的掺杂取代包覆层或者高镍材料中的氧，从而提高材料的电子电导率，最终使得高镍材料表面同时具有较好的锂离子和电子传导性能，有利于锂离子电池正极材料的倍率性能的发挥。研究者对负极材料采用的技术手段有复合、包覆和氧化处理等。CN108231427A公开了一种3D多孔石墨烯/过渡金属氧化物复合材料及其制备方法和应用，复合材料的制备方法：将氧化石墨通过超声分散至水中后，再加入过渡金属盐及碳酸氢钠搅拌溶解，得到混合溶液；所述混合溶液转入水热反应釜内进行水热反应，水热反应产物经过干燥后，置于保护气氛下煅烧，即得具有3D多孔结构，且过渡金属氧化物原位生长在石墨烯表面的3D多孔石墨烯/过渡金属氧化物复合材料，该复合材料具有良好的电化学性能，可以应用于超级电容器电极材料或锂离子负极材料，且其制备方法简单、成本廉价、环境友好，满足工业生产标准。CN104916826A公开了一种石墨烯包覆硅负极材料及其制备方法，该制备方法包括如下步骤：A、制备氧化石墨烯悬浮液；B、制备纳米硅颗粒悬浮液；C、制备石墨烯包覆硅负极材料。本专利技术的制备方法采用静电自组装合成技术，原料来源广泛，价格低廉，合成方法简单，工艺条件易控制，可操作性强，重复性好。本专利技术的石墨烯包覆硅负极材料比容量高，循环性能和倍率性能优良，在0.01～1.2V，200mA/g电流密度下首次放电比容量达到2746mAh/g，经过100次循环放电比容量保持在803.8mAh/g。CN103474642A公开了一种用于锂离子电池的氧化锡负极材料及其制备方法。本专利技术第一步在经过预处理的铜带基底表面一侧电镀金属锡镀层，其厚度为10～15μm，第二步是将第一步所得材料进行阳极氧化处理，得到介孔状氧化物，而后进行热处理，最终制备出了一种在铜带基底表面一侧附有介孔氧化锡层的锂离子电池负极材料，介孔直径为3～10nm，所得氧化物层厚度为5～10μm。本专利技术所制备的锂离子负极材料首次放电比容量最高可达到600mAh/g，约为常规所用碳材料的2倍。本专利技术的制备工艺简单，制备出的氧化锡基负极材料性能优良。以上文献显示，研究者对电极材料的研究局限于对活性物质的改性，以提高容量、循环性能、倍率性能等电化学性能，但是实验室阶段的研究与工业化生产存在很大的差别。工业化生产常选用镍含量更高的三元正极材料和克容量较高的石墨，同时提高电极材料的压实密度，以提高电池的容量及能量密度。但是，正极选用高镍材料并提高极片压实密度会使得极片变得非常脆，很容易在极片加工过程中发生极片断裂，制成的电池在使用过程中也存在极片发生断裂的可能性，断裂的极片很有可能刺破隔膜与负极形成短路，从而引发安全问题。负极材料石墨在充电时体积膨胀较大，如果极片的压实密度再提升，就会造成电池在充放电过程中出现石墨从负极集流体表面脱落的问题，造成极片容量显著下降，刺穿隔膜发生短路的问题，进而影响锂离子电池的使用寿命。因此，如何使电池具备柔性良好的正极极片或负极极片，正极极片使其不会因为高镍以及高压密工艺的使用而出现极片断裂的问题，负极极片不会因为高克容量石墨的使用以及高压实密度工艺的使用而出现石墨脱落的问题，从而提高电池的安全性以及使用寿命，已成为目前亟待解决的技术问题。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种锂离子电池极片浆料、极片及其制备方法和应用。通过向极片浆料中加入柔性剂，本专利技术很好地解决了正极极片因为高镍材料以及高压实密度工艺的使用而出现极片断裂的问题，提高了正极极片的加工良率以及使用安全性；同时解决了负极极片因为高克容量石墨的使用以及高压实密度工艺的使用而出现石墨脱落的问题，提高了负极极片的使用寿命。由于电极极片的改进，由其制备的锂离子电池的循环寿命也得到相应的提高。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种锂离子电池极片浆料，包括：电极活性材料、导电剂、粘结剂、溶剂和柔性剂；所述柔性剂为碳原子数在2～5的醇；以溶剂和柔性剂的含量之和为100％计算，所述柔性剂的体积百分含量为0.1～15％。本专利技术通过在电池极片浆料中添加柔性剂，使得电极极片具有良好的柔韧性。柔性剂本身具有有机溶剂对高分子材料的溶胀特性，进入粘结剂高分子链条之间后可以降低粘结剂的刚性。同时柔性剂中的羟基能够和粘结剂中未与正负极材料作用的极性基团形成氢键，从而降低粘结剂中极性基团自身的相互作用，使其形成的刚性网状结构发生一定程度的解离，进一步达到降低极片硬脆性的效果，解决了正极极片在加工和使用过程出现的断裂问题，进而提高了电池的加工良率以及使用安全性，还解决了负极极片在使用过程出现石墨脱落的问题，提高了负极极片的使用寿命。由于电极浆料的改进，由其制备的锂离子电池的循环寿命也得到相应的提高。本专利技术中，所述柔性剂为碳原子数在2～5的醇，例如可以是碳原子数在2、3、4、5的一元醇或多元醇，具体可以是乙醇、乙二醇、丙醇、2-丙醇、1,3-丙二醇、1,2-丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇或戊醇中的任意一种或至少两种的组合。优选地，所述柔性剂为乙二醇、丙醇、2-丙醇、1,3-丙二醇、1,2-丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇或1,4-丁二醇中的任意一种或至少两种的组合，优选为1,2-丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇或1,4-丁二醇中的任意一种或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池极片浆料，其特征在于，包括：/n电极活性材料、导电剂、粘结剂、溶剂和柔性剂；/n所述柔性剂为碳原子数在2～5的醇；/n以溶剂和柔性剂的含量之和为100％计算，所述柔性剂的体积百分含量为0.1～15％。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池极片浆料，其特征在于，包括：
电极活性材料、导电剂、粘结剂、溶剂和柔性剂；
所述柔性剂为碳原子数在2～5的醇；
以溶剂和柔性剂的含量之和为100％计算，所述柔性剂的体积百分含量为0.1～15％。


2.根据权利要求1所述的极片浆料，其特征在于，所述柔性剂为乙二醇、丙醇、2-丙醇、1,3-丙二醇、1,2-丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇或1,4-丁二醇中的任意一种或至少两种的组合，优选为1,2-丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇或1,4-丁二醇中的任意一种或至少两种的组合，进一步优选为1,2-丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇或1,4-丁二醇中至少两种的组合。


3.根据权利要求1或2所述的极片浆料，其特征在于，所述电极活性材料为正极活性材料或负极活性材料；
优选地，所述正极活性材料为三元材料、磷酸铁锂、钴酸锂或锰酸锂中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述负极活性材料为钛酸锂、石墨、硅、硅合金、硅的氧化物或锡合金中的任意一种或至少两种的组合。


4.根据权利要求1～3任一项所述的极片浆料，其特征在于，所述导电剂为炭黑、乙炔黑、石墨粉、科琴黑或碳纤维中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡胶、聚丙烯醇或羧甲基纤维素钠中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮、蒸馏水、二甲基亚砜或四氢呋喃中的任意一种或至少两种的组合。


5.一种锂离子电池极片，其特征在于，包括：集流体和膜片；
所述膜片含有如权利要求1～4任一项所述的锂离子电池极片浆料；
优选地，所述锂离子电池极片为正极极片或负极极片。


6.根据权利要求5所述的锂离子电池极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将负极活性物质、导电剂、粘结剂和柔性剂按比例加入溶剂中混合均匀，得到负极浆料；
(2)将负极浆料涂覆在负极集流体的表面，烘烤后即得到锂离子电池的负极极片；或者，
(1＇)将正极活性物质、导电剂、粘结剂和柔性剂按比例加入溶剂中混合均匀，得到正极浆料；
(2＇)将正极浆料涂覆在正极集流体的表面，烘烤后即得到锂离子电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王汭，姚毅，於洪将，邹武元，姜斌，杨月球，
申请(专利权)人：江苏塔菲尔新能源科技股份有限公司，东莞塔菲尔新能源科技有限公司，深圳塔菲尔新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32