本发明专利技术涉及一种锂离子电池正负极双层结构极板，该极板在铝片或铜片的两面依次设置有里层材料和外层材料，所述里层材料表面可物理吸附锂离子或脱附锂离子，所述外层材料可吸收锂离子或释放锂离子，形成电双层。里层材料与外层材料的质量百分比为60-40％∶40-60％。本发明专利技术的优点是，加工工艺方法简单，加工所得到的锂离子电池正负极极片材料能有效的增加锂离子电池正负极的反应活性，提高了大电流充放电性能，增加电极电容量及循环性能，提高电池安全性能和稳定性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池极板，尤其涉及一种锂离子电池正负极双层结构极板及其 制造方法以及专用设备双层纳米喷射涂布滚压烘干一体机。
技术介绍
锂离子电池是一种新型的化学电源，分别用两个能可逆地嵌入和脱出锂离子的化 合物作为正负极而构成。当电池充电时，锂离子从正极中脱嵌出来，在负极中嵌入；放电时 锂离子从负极中脱嵌出来，在正极中嵌入。锂离子电池由于具有高能量密度、高电压、无污 染，循环寿命高、无记忆效应等优点，广泛应用在笔记本电脑、手机和其他便携式电器中。自从20世纪90年代开发成功以来，由于锂离子电池具有电压高、体积小、质量轻、 比能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、寿命长等优点，成为目前综合性能最好的电池体 系，已经取得了飞速的发展，其应用已经渗透到民用以及军事应用的多个领域，包括移动电 话、笔记本电脑、摄像机、数码相机等。在电动汽车、航天和储能等方面所需的大容量锂离子 电池国内外也竞相开发中。用作锂离子电池的正极材料主要有LiCo02、LiMn2O4, LiNiO2及LiFeP04。正极反应放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌。充电时LiFeP04— Lil_xFeP04+xLi+xe放电时Lil-xFeP04+xLi+xe— LiFeP04这些组成锂离子电池正极材料的金属元素中，钴(Co)最贵，并且存储量不多，镍 (Ni)、锰(Mn)较便宜，铁(Fe)最便宜。1996年A. K. Padhi和Goodenough发现具有橄榄 石结构的磷酸盐，如磷酸铁锂(LiFePO4),它比传统的正极材料更具优越性，因此已成为当 前主流的正极材料。采用LiFePO4作正极的磷酸铁锂电池性能优异，特别在大放电率放电 (5 IOC放电)、放电电压平稳上、安全上(不燃烧、不爆炸)、寿命上(循环次数)、对环境 无污染上，它是最好的，是目前最好的大电流输出动力电池。但研究发现，将具有同样橄榄 石结构的磷酸锰锂材料的导电率提高到90 100西门子/厘米后，磷酸锰锂比磷酸铁锂更 有前途。其主要的优势如下首先，磷酸锰锂输出电压能达到4. 1 4. 5伏，磷酸铁锂只有 3. 4 3. 7伏，能量密度比磷酸铁锂高30%以上；其次，磷酸铁锂的生产必须在隔绝空气的 保护气中反应操作，条件要求苛刻。而磷酸锰锂空气中稳定性好，暴露在空气中不会氧化变 色，可以简化合成生产条件；磷酸锰锂能量密度适中，约为170毫安时/克；锰盐比钴盐和 镍盐都便宜，资源也相对比较丰富；再者，磷酸锰锂非常安全，Mn3+的氧化性很弱，对电解液 更安全。常见的锂离子电池负极主要有石墨、石油焦炭、中间相碳微球、聚合物的热解物、 裂解碳、焦炭等。负极反应放电时锂离子脱插，充电时锂离子插入。充电时xLi+xe+6C— LixC6放电时LixC6— xLi+xe+6C锂离子电池的碳负极最先商业化应用的是非石墨化碳材料(石油焦)，1993到 1994年松下电池工业公司和三洋电机公司进入市场后采用了容量更高的石墨化碳材料，从 此两大类碳材料的竞争也由此展开。两类碳负极的实际应用情况虽然没有准确的统计数 据，但有专家估计目前市售的锂离子电池中有75%以上的负极材料采用的是石墨类碳负极 材料。石墨类碳负极材料结构松软，可逆嵌脱锂的性能优良，具有较好的充放电平台，安全 性能良好，但该类材料容量有限，理论容量为372mAh/g。由于天然石墨的石墨化程度较高， 碳微晶的边缘和底面之间的晶体结构及其他物理化学性质差别较大，与电解液反应的不均 勻性较强，而电解液的分解反应主要发生在碳微晶的边缘部分，所以生成的钝化膜的致密 性较差，在充电过程中，易发生溶剂化锂离子的共嵌入，引起石墨层的膨胀和崩溃，增大了 不可逆容量。此外天然石墨经过物理或化学方法处理后，存在着与极板的粘结性能差，循环 充放电过程中易于从极板上脱落，影响了循环寿命，尤其是降低了大电流充放电时的循环 寿命。为了改善石墨材料的电化学性能，人们通过各种方法对天然石墨进行改性和表面修 饰。石墨烯具有良好的力学、电学、热学性质。它具有非常稳定的结构。石墨烯片层内 各碳原子完美排列，受到外力时，碳原子可以弯曲变形，不用重新排列，保持了它的结构稳 定性。在石墨烯平面上，碳原子的排列使它非常牢固坚硬，抗张强度可达到50-200GPa，弹性 模量可达lTPa，是目前世界上制备出的具有最高比强度的材料。极片制造传统工艺存在一些问题，电极极片容易粉化、剥离，掉落，导致电池容量 低，循环寿命减少，内阻增大。解决此类问题常用方法是增加粘结剂和导电剂用量，然而粘 结剂和导电剂用量增大会引起电极内阻增大，电池容量减少，循环寿命减少，电池的安全性 能也存在隐患。
技术实现思路
本专利技术目的是，提供一种双层结构的锂离子电池极板，同时给出该双层结构锂离 子电池极板制造工艺，同时还给出专门用于制造双层结构锂离子电池极板的高效设备。为实现上述目的，本专利技术所提供一种锂离子电池正负极双层结构极板，其特征在 于该极板在铝片或铜片的两面依次设置有里层材料和外层材料，所述里层材料表面可物 理吸附或脱附锂离子，所述外层材料可吸收或释放锂离子，形成电双层，里层材料与外层材 料的质量百分比为60-40% 40-60%。在上述锂离子电池正负极双层结构极板技术方案中，针对正极双层结构极板，所 述里层材料为锂氧化物，为磷酸铁锂、钛酸锂、钴酸锂及钴酸锂的改性物、镍酸锂及镍酸锂 的改性物、锰酸锂及镍酸锂的改性物、镍钴锰酸锂三元材料的至少一种，该里层材料粒径为 10-999nm，厚度范围 20_100um。在上述锂离子电池正负极双层结构极板技术方案中，针对负极双层结构极板，所 述里层材料为人工石墨、天然石墨、改性石墨、石墨化碳纤维、石油焦、中间相碳微球、树脂 碳、有机聚合物热解碳、炭黑、氮化物、锡基负极材料、纳米碳管、石墨烯、富勒烯中的至少一 种，该里层材料粒径为10-999nm，厚度范围20_100um。在上述锂离子电池正负极双层结构极板技术方案中，所述外层材料为石墨烯，平 均粒径彡7um，最大粒径彡10um，厚度范围5_20um。为实现上述目的，本专利技术还提供了一种锂离子电池正负极双层结构极板的制造方 法，其具体步骤为采用双层纳米喷射涂布滚压烘干一体机，把粒径为10-999nm里层材料，加上粘结 剂混合搅拌1-60分钟，充氮气10-60分钟，在铝片或铜片上喷射涂布厚度为20-100um的里 层材料，采用吸尘装置进行粉尘处理；然后充氮气10-60分钟，把粒径为10-999nm外层材料 纳米石墨烯，加上粘结剂混合搅拌1-60分钟，喷射涂布厚度为5-20um的纳米石墨烯在里层 材料上，采用吸尘装置进行粉尘处理；控制压力50-900PSI，进行滚压1-60分钟，然后控制 温度80-500°C，烘干即成为新型锂电池正极板或负极板。在上述正极双层结构极板制造方法中，所述里层材料为锂氧化物，为磷酸铁锂、钛 酸锂、钴酸锂及钴酸锂的改性物、镍酸锂及镍酸锂的改性物、锰酸锂及镍酸锂的改性物、镍 钴锰酸锂三元材料的至少一种，该里层材料粒径为10-999nm，厚度范围20_100um。在上述负极双层结构极板制造方法中，所述里层材料为人工石墨、天然石墨、改性 石墨、石墨化碳纤维、石油焦、中间相碳微球、树脂碳、有机聚本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种锂离子电池正负极双层结构极板，其特征在于：该极板在铝片或铜片的两面依次设置有里层材料和外层材料，所述里层材料表面可物理吸附或脱附锂离子，所述外层材料可吸收或释放锂离子，形成电双层，里层材料与外层材料的质量百分比为６０－４０％∶４０－６０％。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：耿世达，
申请(专利权)人：耿世达，
类型：发明
国别省市：91
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。