一种正极极片及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及电池制备技术领域，特别是涉及一种正极极片及其制备方法和应用。

背景技术

受全球能源危机的影响，开发新能源已经成为世界各国的重要任务，而高性能高安全的电池研制更是研制的重点，作为表征高性能高安全电池性能的重要手段之一，纽扣电池的应用为全电池新材料开发、电池设计、电池初期生产试制等提供了快速精确的分析结果，越来越受到研发人员的重视，所以对纽扣电池的制作、组装的一致性要求更严格，且测试中首次充放电效率的高低代表不同材料选择的基本性能参数。

正极纽扣电池的制作涉及到的材料有镍钴锰正极材料、铝箔、导电剂、粘结剂、溶剂NMP、锂片、电解液、隔膜、正极电池壳、负极电池壳、弹片、垫片等。其中铝箔材的种类和正极材料、导电剂、粘结剂、NMP之间的配比对制作纽扣电池的一致性、容量、充放电效率有本质性的影响。目前涂炭箔材就是把粘合剂和导电材料涂覆在铝或者铜集流体上，用来降低电池阻抗、增强涂层粘结强度，减少粘结剂、导电剂的使用量，提高电池循环寿命以及集流体的抗氧化能力的一种复合箔材。

目前提高纽扣电池、组装的一致性的方案是采用半自动化或全自动化的扣电制作前处理设备替代人工操作，尽量避免人员操作差异造成纽扣电池一致性差的问题，但纽扣电池前处理设备成本较高。提高电池首次充放电效率的方案有补锂剂的加入、补锂极片的制作等，其补锂常见缺点和难点是常见大多数富锂化合物在空气中不太稳定；而基于转化反应的纳米复合材料在脱锂后会形成非活性的残留物，降低电池的能量密度；二元锂化物在脱锂后虽然无残留，但其释放的气体如氧气、氮气等，会对电池造成容量衰减和安全问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种正极极片及其制备方法，以解决现有技术存在的纽扣电池制作成本高、补锂技术化合物不稳定，生成物影响电池综合性能的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种正极极片，包括正极集流体以及涂覆于所述正极集流体表面的正极浆料；

所述正极浆料包括质量比为(90-95):(3-5):(3-5)的正极活性材料、导电剂和粘结剂。

优选的，在上述正极极片中，所述正极活性材料、所述导电剂和所述粘结剂的质量比为92:4:4。

优选的，在上述正极极片中，所述正极活性材料选自镍钴锰酸锂；

和/或所述导电剂选自导电炭黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯、石墨中的任意一种或几种；

和/或所述粘结剂选自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶中的任意一种或几种。

优选的，在上述正极极片中，所述正极集流体为涂炭铝箔，且所述涂炭铝箔的厚度为12μm。

本发明还提供了一种上述正极极片的制备方法，包括以下步骤：

(1)匀浆：按比例称量正极活性材料、导电剂和粘结剂，混合后搅拌、匀浆，得到浆料，备用；

(2)涂布及烘烤：将所述浆料涂布在涂炭铝箔上，在90-120℃干燥30min后冲切多个

(3)辊压及挑片：将烘干后的极片冷却后进行辊压、挑片，得到正极极片。

优选的，在上述正极极片的制备方法中，步骤(3)中所述辊压至极片厚度为54-60μm。

优选的，在上述正极极片的制备方法中，所述挑片包括：将辊压后的极片冲切成

另外，本发明还提供了一种扣式半电池，包括上述的正极极片，和/或上述方法制备得到的正极极片。

以及提供了一种扣式半电池的制备方法，包括以下步骤：

(1)将电池壳经清洗、烘干后转移至手套箱中，备用；

(2)将隔膜夹在称量纸中间，冲切成

(3)按照负极壳→密封圈→弹片→垫片→锂片→隔膜→电解液→正极片→正极壳→封装的顺序组装，得到扣式半电池。

优选的，在上述扣式半电池的制备方法中，还包括以下步骤：

(4)对所述扣式半电池进行扣电测试。

本发明提供了一种正极极片及其制备方法，与现有技术相比，其有益效果在于：

本发明通过采用涂炭铝箔以及变更现有浆料材料的比例，降低了电池的内阻，并进一步提高了电池首次充放电效率及容量；另外由于涂炭铝箔厚度为1μm，箔材一致性更好，提高了纽扣电池的一致性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中扣式半电池的EIS测试对比图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种正极极片，包括正极集流体以及涂覆于所述正极集流体表面的正极浆料；所述正极浆料包括质量比为(90-95):(3-5):(3-5)的正极活性材料、导电剂和粘结剂。

在本发明的一些实施例中，所述正极活性材料、所述导电剂和所述粘结剂的质量比为92:4:4。

在本发明的一些实施例中，所述正极活性材料选自镍钴锰酸锂；

和/或所述导电剂选自导电炭黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯、石墨中的任意一种或几种；

和/或所述粘结剂选自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶中的任意一种或几种。

在本发明的一些实施例中，所述正极集流体为涂炭铝箔，且所述涂炭铝箔的厚度为12μm。

本发明还提供了一种上述正极极片的制备方法，包括以下步骤：

(1)匀浆：按比例称量正极活性材料、导电剂和粘结剂，混合后搅拌、匀浆，得到浆料，备用；

(2)涂布及烘烤：将所述浆料涂布在涂炭铝箔上，在90-120℃干燥30min后冲切多个

(3)辊压及挑片：将烘干后的极片冷却后进行辊压、挑片，得到正极极片。

在本发明的一些实施例中，步骤(3)中所述辊压至极片厚度为54-60μm。

在本发明的一些实施例中，所述挑片包括：将辊压后的极片冲切成

另外，本发明实施例还提供了一种扣式半电池，包括上述的正极极片，该扣式半电池的制备方法，包括以下步骤：

(1)将电池壳经清洗、烘干后转移至手套箱中，备用；

(2)将隔膜夹在称量纸中间，冲切成

(3)按照负极壳→密封圈→弹片→垫片→锂片→隔膜→电解液→正极片→正极壳→封装的顺序组装，得到扣式半电池。

(4)对所述扣式半电池进行扣电测试。

具体的，下面通过更加具体的实施例对本发明的技术方案进行说明。

一种扣式半电池的制备方法，包括以下步骤：

(1)匀浆：对电池材料进行匀浆制胶，制作6.25％ PVDF胶液，按比例称量PVDF粉末4.000±0.020g和NMP 60.000±0.002g加入到烧杯中，用机械搅拌器500rpm搅拌3h，备用。

(2)匀浆质量配比：镍钴锰酸锂：SP：PVDF＝92:4:4，然后在搅拌罐中加入5个氧化锆球，依次加入1.6200±0.0020g PVDF胶液、1.6200±0.0020g NMP、0.1013±0.0005g SP、2.3288±0.0005g镍钴锰酸锂，将搅拌罐置于匀浆罐中，用真空搅拌脱泡装置在公转1000rpm，自转2000rpm的条件下搅拌14min。

(3)涂布及烘烤：将12μm涂炭铝箔平整铺在涂布平台上，用酒精反复擦拭保证铝箔表面洁净和平整，调节刮刀到合适涂布间隙，将浆料倒在刮刀的中间部位后开始涂布；取下刮刀，擦拭干净归位，将涂布好的极片转移到鼓风干燥箱中，100℃干燥30min；取出烘干的极片，用冲片机冲切3个

具体的，对烘干后的普通铝箔和涂炭铝箔进行面电阻测试，采用单点测试方法，分别对箔材的不同5个位置进行测试，参数设置：压力：6.7MPa，保压时间30S，上下膜片接触面积153.94mm2，测试箔材的电阻、电导率、电阻率，并记录相关数据，具体数据参见表1。

表1极片面电阻单点测试结果

由表1可知，利用BER2500面电阻测试仪设备对涂布后的样品进行面电阻测试，涂炭后的样品电阻均值降低约0.026Ω，电导率增加0.014S/cm。

(4)辊压：将干燥好的极片取出自然冷却至室温，打开辊压机电源，调节至合适的辊压间隙，辊压到目标厚度54-60μm。

(5)挑片：将辊压好的极片用冲片机冲切成

(6)扣电组装：准备电池壳，放入酒精中，超声清洗30min，重复清洗2次烘干后转移到手套箱中备用。将隔膜夹在称量纸中间，用冲片机冲切成

具体的，扣电组装要求如下：1.将干燥好的极片转移到手套箱中备用；2.将负极壳按顺序排好，依次将弹片、垫片，锂片放到负极壳中心对正；3.将隔膜放在锂片上，保持隔膜在中间位置不要移动，用移液枪在隔膜的中间位置滴加60μL电解液；4.将正极片涂覆面朝下放到隔膜中间位置，注意和锂片中心对正；5.用绝缘镊子将正极壳盖上，将电池转移到封口机，施加800kg压力封口；6.从封口机上取下封装好的电池，用无尘纸擦净电池和封口机上残留的电解液；7.将电池编号，转移出手套箱，酒精擦拭后装进自封袋，待测试；

扣电测试：测试静置时间12小时，开始以0.1C的倍率充电至电压4.3V，再以4.3V进行恒压充电至电流倍率≤0.05C，然后静置5分钟后，以0.1C的电流进行倍率放电至电压≤3V，循环两次，结束测试，得出容量和首次充放电效率的数据如表2所示：

表2扣电测试结果

由表2可知，经过比例配比调整及涂炭箔材的使用，电池的充放电比容量和效率有着显著的提升，且通过方差计算正极材料、粘结剂与导电剂的比例为92:4:4时的波动更小，一致性更好。

另外，本发明还通过电化学工作站设备对纽扣电池进行了EIS测试，对比使用涂炭铝箔和未涂炭铝箔的电池阻抗大小，测试数据参见表3，变化趋势参见图1。

表3EIS测试数据

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由表3及图1可知，使用涂炭铝箔制作的半电池样品，经电化学工作站EIS测试，电池阻抗小，说明电池内部转移阻抗小，锂离子在电极与电解质之间的转移速率较快，副反应少，有利于改善电化学动力学。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方案而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。