锂离子电池及其正极极片制造技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池及其使用的正极极片。所述正极极片包括正极集流体、涂布在正极集流体上的底涂层和涂布在底涂层上的正极膜片，正极集流体为铝箔，正极膜片中包含正极活性材料和均聚PVDF粘结剂；所述底涂层包括导电剂和作为粘结剂的丙烯酸改性共聚聚偏二氟乙烯(Ac

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池及其正极极片
[0001]本申请是以下中国专利申请的分案申请：申请号201610002987.X，申请日2016年01月04，专利技术名称“锂离子电池及其正极极片”。


[0002]本专利技术属于锂离子电池
，更具体地说，本专利技术涉及一种锂离子电池及其正极极片。

技术介绍

[0003]在现有能源体系中，煤、石油等不可再生资源匮乏，使用过程中也带来了较大的环境污染，因此需要发展新能源，以解决能源危机与环境问题。锂离子电池具有体积小、重量轻、循环寿命长等优势，可以实现电力的储存和释放，是较理想的新能源载体。近几年，为了减少石油消耗和降低环境污染，开发适用于电动汽车(EV)的动力型锂离子电池，已经成为了全球汽车行业的发展趋势。
[0004]动力型锂离子电池由于其自身的使用特性，对性能要求很高，除了大倍率充、放电性能外，还要求有长的循环寿命，以满足消费者的日常使用。现有锂离子电池的正极膜片通常由活性材料(如镍钴锰三元材料NCM)、导电剂与粘结剂(PVDF)混合组成。由于正极极片上的活性材料自身较硬、脆，与铝箔集流体之间的粘结力较低，且界面电阻较大，不利于锂离子电池的动力学性能的发挥，而且在大倍率充、放电及长循环过程中，容易造成活性物质脱落，导致锂离子电池失效，甚至有短路、起火等危险，难以满足长循环寿命的需求。要提高正极极片上活性物质的粘结力，就需要增加粘结剂的用量，但这样做除了降低锂离子电池的能量密度，还会在很大程度上恶化电池的充、放电倍率性能，对提升循环寿命的帮助却并不明显。
[0005]有鉴于此，确有必要提供一种具有较高倍率性能和较长循环寿命的锂离子电池正极极片。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于：提供一种正极活性物质与集流体粘结牢固的锂离子电池正极极片及使用该正极极片的锂离子电池，以降低电池界面电阻，提高电池的充、放电倍率性能，并延长电池的循环寿命。
[0007]为了实现上述专利技术目的，本申请的专利技术人经过深入研究，提供了一种锂离子电池正极极片，其包括正极集流体、涂布在正极集流体上的底涂层和涂布在底涂层上的正极膜片，正极集流体为铝箔，正极膜片中包含正极活性材料和均聚PVDF粘结剂；所述底涂层包括导电剂和作为粘结剂的丙烯酸改性共聚聚偏二氟乙烯(Ac
‑
PVDF)。
[0008]与现有技术相比，本专利技术在锂离子电池正极极片中引入了底涂层，底涂层的主要成份为Ac
‑
PVDF和导电剂，其中Ac
‑
PVDF可以大幅度增加正极膜片与正极集流体之间的粘结力，导电剂能降低界面电阻，提高电池的充、放电倍率性能，并延长电池的循环寿命。Ac
‑
PVDF可以大幅度增加正极膜片与正极集流体之间的粘结力的原因为：一是由于底涂层的粘结剂中共聚了丙烯酸系单体，当底涂层涂布到铝箔表面后，Ac
‑
PVDF聚合物链段中的
‑
COOH可以与铝箔表面的羟基等极性基团形成氢键作用，因此Ac
‑
PVDF与铝箔之间具有强粘结力；二是由于正极膜片采用均聚PVDF为粘结剂，因此将正极浆料涂布到底涂层上时，正极浆料的溶剂(NMP)会部分溶解底涂层中的Ac
‑
PVDF，且由于Ac
‑
PVDF的主链段为偏二氟乙烯，与正极浆料中的均聚PVDF具有良好的分子相容性，因此底涂层能够与正极膜片“融为一体”，从而利用底涂层大幅度提高正极膜片与铝箔之间的粘结力。
[0009]优选地，所述Ac
‑
PVDF的聚合方法同均聚PVDF，由乳液聚合得到，其聚合单体为偏二氟乙烯与丙烯酸系单体，反应式如下：
[0010][0011]在上述反应式中：丙烯酸系单体可选为丙烯酸或甲基丙烯酸，即R为
‑
H或
‑
CH3；Ac
‑
PVDF结构式的聚合物链段中，偏二氟乙烯链段含量为m/(m+n)，丙烯酸或甲基丙烯酸链段含量为n/(m+n)，m/(m+n)＝0.95
‑
0.995，n/(m+n)＝0.005
‑
0.05。
[0012]优选地，所述丙烯酸改性共聚聚偏二氟乙烯的分子量可选为50万
‑
100万。
[0013]优选地，所述丙烯酸改性共聚聚偏二氟乙烯在底涂层中的重量含量为50
‑
70wt％。
[0014]优选地，所述底涂层的导电剂为乙炔黑、导电炭黑(Super P、Super S、350G)、碳纤维(VGCF)、碳纳米管(CNTs)、科琴黑中的一种或多种。
[0015]优选地，所述导电剂在底涂层中的重量含量为30
‑
50wt％。底涂层中大量的导电剂，能减小正极材料与铝箔之间的界面电阻，从而提高电池的倍率性能，增加其循环寿命。
[0016]优选地，所述正极膜片中还包含导电剂。
[0017]优选地，所述正极膜片中包含一种或几种粘结剂，均聚PVDF为粘结剂的一种。也就是说，正极膜片中可以仅包括均聚PVDF一种粘结剂，也可以在包括均聚PVDF粘结剂的同时，还包括其他适合于均聚PVDF共用的粘结剂。
[0018]优选地，所述底涂层的厚度为1
‑
3μm。
[0019]优选地，所述锂离子电池正极极片由正极集流体、底涂层和正极膜片构成。
[0020]优选地，所述底涂层由粘结剂、导电剂混合制成。
[0021]为了实现上述专利技术目的，本专利技术还提供了一种锂离子电池，其包括正极极片、负极极片、电解液以及间隔于正负极极片之间的隔离膜，所述正极极片为上述任一段落所述的锂离子电池正极极片。
[0022]与现有技术相比，本专利技术锂离子电池在正极极片中引入了底涂层，底涂层的主要成份为丙烯酸改性共聚聚偏二氟乙烯和导电剂，其大幅度增加了正极膜片与正极集流体之间的粘结力，同时降低了界面电阻，提高了电池的充、放电倍率性能，并延长了电池的循环寿命。
附图说明
[0023]下面结合附图和具体实施例，对本专利技术锂离子电池、正极极片及其有益效果进行详细说明。
[0024]图1为本专利技术锂离子电池正极极片的层间结构示意图。
具体实施方式
[0025]为了使本专利技术的专利技术目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例和附图进一步详细描述本专利技术。但是，应当理解的是，本专利技术的实施例仅仅是为了解释本专利技术，并非为了限制本专利技术，且本专利技术的实施例并不局限于说明书中给出的实施例。实施例中未注明实验条件的按常规条件制作，或按材料供应商推荐的条件制作。
[0026]请参阅图1，本专利技术锂离子电池正极极片包括正极集流体10、涂布在正极集流体10上的底涂层12和涂布在底涂层12上的正极膜片14。正极集流体10优选为铝箔；底涂层12中包括导电剂和粘结剂，粘结剂的主要成份为丙烯酸改性共聚聚偏二氟乙烯(Ac
‑
PVDF)。正极膜片14即正极活性物质层，包含正极活性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极极片，包括正极集流体和正极膜片，所述正极集流体为铝箔，所述正极膜片中包含正极活性材料和均聚聚偏二氟乙烯粘结剂；其特征在于：还包括涂布在所述正极集流体上的底涂层，所述正极膜片涂布在所述底涂层上；所述底涂层包括导电剂和作为粘结剂的丙烯酸改性共聚聚偏二氟乙烯，所述丙烯酸改性共聚聚偏二氟乙烯由聚合单体偏二氟乙烯和丙烯酸系单体聚合而成，其结构式为：在上述结构式中，R为
‑
H或
‑
CH3，偏二氟乙烯链段含量m/(m+n)为0.95
‑
0.995，丙烯酸系单体链段含量n/(m+n)为0.005
‑
0.05。2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极极片，其特征在于：所述丙烯酸改性共聚聚偏二氟乙烯的分子量为50万
‑
100万。3.根据权利要求1所述的锂离子电池正极极片，其特征在于：所述底涂层中，所述丙烯酸改性共聚聚偏二氟乙烯的重量含量为50wt％
‑
70wt％，所述导电剂的重量含量为...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟泽，刘会会，王星会，孙成栋，魏增斌，
申请(专利权)人：宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：