一种锂离子二次电池极片及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及锂离子二次电池领域，尤其是涉及一种含有短纤维作为极片浸润调节剂的锂离子二次电池极片及其制备方法和应用。锂离子二次电池极片，包括：集流体；以及活性材料层，涂覆在集流体上；所述活性材料层中添加极片浸润调节剂；其中，极片浸润调节剂为短纤维，所述极片中短纤维浸润调节剂含量为0.1%

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子二次电池极片及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂离子二次电池领域，尤其是涉及一种含有短纤维作为极片浸润调节剂的锂离子二次电池极片及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着动力电池和储能电池的发展，锂离子二次电池的能量密度需要进一步提升以满足日益增长的储能需求。而为了获得高能量密度的二次电池可以从提高电池工作电压和活性物质容量两方面改进，实际电池生产中则可以通过提升极片中活性物质的面密度提高电池的能量密度，最终制备的极片厚度会随之增加。
[0003]现有的常规液态电解质（如1 M LiPF6、EC/EMC）具有较低的粘度，一般小于10厘泊，其在48小时之内即可浸润厚极片，但常规液态电解质具有易燃等安全隐患；高浓度锂盐不燃电解质以及原位固化电解质可以提高电解质的安全性，但高浓度锂盐不燃电解质以及原位固化电解质的前驱体溶液均具有较高的粘度，其粘度在几十至几百厘泊（Nature Energy，2018，3, 22
–
29），需要远超过48小时的时间来浸润极片，且浸润的均一性不佳，极片浸润效果差会导致电池的内阻增加，导致电池化成和循环过程中容量衰减加速。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了解决高安全、高浓度、高粘电解液体系对于厚极片浸润耗时长、浸润一致性差的问题；进而提供一种使用短纤维作为极片浸润改性剂的极片及其制备方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用技术方案：一种锂离子二次电池极片，包括：集流体；以及活性材料层，涂覆在集流体上；所述活性材料层中添加极片浸润调节剂；其中，极片浸润调节剂为短纤维，所述极片中短纤维浸润调节剂含量为0.1%
‑
1%。
[0006]所述短纤维表面具有促进高粘度电解液对极片的浸润的功能结构。
[0007]所述活性材料层为按重量百分比计，85%
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95%活性物质、1%
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10%导电剂、1%
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4%粘结剂和0.1%
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1%短纤维。
[0008]所述短纤维为经表面功能化处理带有表面功能结构的纳米纤维；纳米纤维为纳米聚芳砜酰胺纤维、纳米碳酸钙晶须、金属氮化物纳米纤维或金属氧化物纳米纤维中的至少一种成分；表面功能结构为磺酸基团、羧基基团、季铵基团、，其中1≤n≤50；所述的短纤维的直径为4nm
‑
500nm（优选为4nm
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100nm），长度为200nm
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10000nm（优选为500nm
‑
10000nm）。
[0009]所述的短纤维可以通过物理方法或化学方法将官能团修饰至纳米纤维表面，其中物理方法包括高速搅拌法、球磨法、溅射法、静电纺丝法，化学方法包括溶胶
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凝胶法、化学气相沉积法、水热法、溶剂热法。
[0010]所述的纳米聚芳砜酰胺纤维，优选直径为10
‑
100纳米，优选长度为500
‑
10000纳
米。
[0011]所述的金属氮化物纳米纤维为氮化钛纳米管、氮化钼纳米纤维、氮化钒纳米纤维、氮化铌纳米纤维、氮化钨纳米纤维，优选直径为4
‑
100纳米，优选长度为500
‑
10000纳米。
[0012]所述的金属氧化物纳米纤维为二氧化钛纳米线、二氧化钛纳米管、二氧化硅纳米线、氧化铝纳米线、氧化铜纳米线、氧化镍纳米线、氧化钼纳米线、氧化钨纳米线、氧化钒纳米线、氧化锰纳米线，优选直径为4
‑
100纳米，优选长度为500
‑
10000纳米。
[0013]所述的活性物质为正极活性物质或负极活性物质。
[0014]所述的正极活性物质无具体的结构或种类限制，根据实际需求进行选择，具体的，所述的正极活性物质可自由选自磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂、高镍三元正极材料、硫基材料等中的一种或几种，正极活性物质的颗粒粒径优选使用10微米以下。
[0015]所述的负极活性物质无具体的结构或种类限制，根据实际需求进行选择，具体的，所述的负极活性物质可选自碳基负极、硅基负极、锡基负极等。
[0016]所述的导电剂为超导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、导电石墨、碳纳米管、碳纳米纤维中的一种或几种；所述的粘结剂为水系粘结剂或油系粘结剂；其中，水系粘结剂包括但不限于丁苯乳液/羧甲基纤维素钠（SBR/CMC）、聚丙烯酸、水性聚丙烯酸酯乳液、水性聚氨酯乳液、水性聚丙烯腈乳液、聚四氟乙烯乳液、聚乙烯醇；油系粘结剂包括不但不限于聚偏氟乙烯均聚物、聚偏氟乙烯
‑
全氟丙烯共聚物。
[0017]一种所述的锂离子二次电池极片的制备方法，按上述比例计，（1）粘结剂胶液制备：将粘结剂经溶剂溶解搅拌至混合均匀；进一步的说，将粘结剂与溶剂混合搅拌至混合均匀。其中油系粘结剂胶液由粘结剂粉料与有机溶剂混合搅拌至完全溶解，其固含量为6%
‑
30%，其中有机溶剂为N
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甲基吡咯烷酮、N,N
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二甲基甲酰胺或N,N
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二甲基乙酰胺。水系粘结剂胶液由粘结剂与水混合搅拌均匀，其固含量为2%
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20%。使用双行星搅拌装置，公转转速15
‑
30 r/min，分散转速 500
‑
1500 r/min，搅拌2
‑
24小时。
[0018]（2）短纤维分散液：将极片浸润调节剂加入到步骤（1）所述的粘结剂胶液，混合搅拌均匀；（3）导电浆配制：将导电剂加入到步骤（2）中，搅拌均匀；（4）浆料搅拌：将活性物质分批加入步骤（3）中，搅拌均匀，浆料经筛网过滤，筛网孔径目数不小于100目。
[0019]（5）浆料涂覆：将步骤（4）中制备的浆料涂覆于集流体的两面，干燥得到锂二次电池极片。
[0020]所述的正极浆料涂敷于铝箔集流体上，铝箔厚度为8μm
‑
20μm，正极活性物质的单面面密度是8
‑
35 mg/cm2，优选单面面密度是17
‑
35 mg/cm2。
[0021]所述的负极浆料涂敷于铜箔集流体上，铜箔厚度为6μm
ꢀ‑
20μm，负极材料的面密度是8
‑
25 mg/cm2。
[0022]所述各步骤中搅拌均采用双行星搅拌装置进行搅拌；其中，粘结剂胶液制备时公转转速15
‑
30 r/min，分散转速500
‑
1500 r/min，搅拌2
‑
24小时；短纤维分散液制备时公转转速15
‑
30 r/min，分散转速 2000
‑
3000 r/min, 搅拌1
‑
5小时；导电浆配制时公转转速20
‑
50 r/min，分散转速2000
‑
3000 r/mi本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子二次电池极片，包括：集流体；以及活性材料层，涂覆在集流体上；其特征在于，所述活性材料层中添加极片浸润调节剂；其中，极片浸润调节剂为短纤维，所述极片中短纤维浸润调节剂含量为0.1%
‑
1%。2.按权利要求1所述的锂离子二次电池极片，其特征在于：所述活性材料层为按重量百分比计，85%
‑
95%活性物质、1%
‑
10%导电剂、1%
‑
4%粘结剂和0.1%
‑
1%短纤维。3.按权利要求1或2所述的锂离子二次电池极片，其特征在于：所述短纤维为经表面功能化处理带有表面功能结构的纳米纤维；纳米纤维为纳米聚芳砜酰胺纤维、纳米碳酸钙晶须、金属氮化物纳米纤维或金属氧化物纳米纤维中的至少一种成分；表面功能结构为磺酸基团、羧基基团、季铵基团、，其中1≤n≤50；所述的短纤维的直径为4nm
‑
500nm，长度为200nm
‑
10000nm。4.按权利要求3所述的锂离子二次电池极片，其特征在于：所述的活性物质为正极活性物质或负极活性物质。5.按权利要求2所述的锂离子二次电池极片，其特征在于：所述的导电剂为超导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、导电石墨、碳纳米管、碳纳米纤维中的一种或几种；所述的粘结剂为水系粘结剂或油系粘结剂。6.一种权利要求1
‑
5任一权利要求所述的锂离子二次电池极片的制备方法，其特征在于， 按上述比例计，（1）粘结剂胶液制备：将粘结剂经溶剂溶解搅拌至混合均匀；（2）短纤维分散液：将极片浸润调节剂加入到步骤（1...

【专利技术属性】
技术研发人员：董甜甜，王笃卜，崔浩然，
申请(专利权)人：青岛中科赛锂达新能源技术合伙企业有限合伙，
类型：发明
国别省市：