钠离子电池正极极片及其制备方法和钠离子电池
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钠离子电池正极极片及其制备方法和钠离子电池
来源:深圳为方能源科技有限公司
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简介: 本申请提供一种钠离子电池正极极片及其制备方法和钠离子电池,涉及钠离子电池领域。正极极片包括集流体、第一涂层、第二涂层;集流体的正反两面依次设置第一涂层、第二涂层。本申请有效避免了O3型正极材料与含氟粘结剂的凝胶反应,同时通过分层组分设计补偿了无氟粘结剂的机械性能缺陷。浆料体系在涂布后形成兼具高能量密度、良好柔韧性和稳定导电性的极片结构,解决了量产过程中浆料存储稳定性差及极片易脆断的问题。
权利要求

1.一种钠离子电池正极极片,其特征在于,包括集流体、第一涂层、第二涂层;

所述集流体的正反两面依次设置所述第一涂层、所述第二涂层;

所述第一涂层的原料为第一浆料,所述第一浆料的原料以其自身质量为100%计算,包括:第一O3型正极主材90.7-98.99%、第一橡胶类添加剂0.01-0.3%、第一无氟粘结剂0.5-4%、第一导电剂0.5-5%;

所述第二涂层的原料为第二浆料,所述第二浆料的原料以其自身质量为100%计算,包括:第二O3型正极主材90-98%、第二橡胶类添加剂1-3%、第二无氟粘结剂0.5-4%、第二导电剂0.5-3%;

所述第一O3型正极主材、第二O3型正极主材各自独立的包括基主材或铁锰基主材;

所述第一橡胶类添加剂、第二橡胶类添加剂各自独立的包括氢化丁腈橡胶;

所述第一无氟粘结剂、第二无氟粘结剂各自独立的包括聚酰亚胺。

2.根据权利要求1所述的钠离子电池正极极片,其特征在于,所述第一浆料,所述第二浆料的溶剂各自独立的为NMP。

3.根据权利要求1所述的钠离子电池正极极片,其特征在于,所述第一O3型正极主材、所述第一O3型正极主材的粒度D50各自独立的为5-30μm。

4.根据权利要求1所述的钠离子电池正极极片,其特征在于,所述第一导电剂、所述第二导电剂各自独立的包括导电炭黑、导电石墨、碳纤维碳纳米管石墨烯中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的钠离子电池正极极片,其特征在于,所述集流体包括箔,所述集流体的厚度为1-20μm。

6.根据权利要求5所述的钠离子电池正极极片,其特征在于,所述集流体还包括涂炭箔材,涂炭层的厚度为0.1-2μm。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的钠离子电池正极极片,其特征在于,所述第一涂层的厚度为50-350μm;所述第二涂层的厚度为所述第一涂层厚度的2-10%。

8.一种权利要求1-7任意一项所述的钠离子电池正极极片的制备方法,其特征在于,将所述第一浆料设置在所述集流体两侧,第一干燥后得到具有第一涂层的极片;将所述第二浆料设置在所述第一涂层的表面,第二干燥后得到具有第一涂层和第二涂层的极片;将所述具有第一涂层和第二涂层的极片进行后处理后得到所述钠离子电池正极极片。

9.根据权利要求8所述的钠离子电池正极极片的制备方法,其特征在于,满足下列条件中的至少一项:

A.所述第一干燥的温度为100-120℃,时间为0.5-1.5min;

B.所述第二干燥的温度为 100-120℃,时间为 0.2-1.5min;

C.所述后处理包括依次进行的辊压、分切、制片、卷绕、装配、烘烤、注液、化成和分容;

所述辊压的压力为3-15MPa。

10.一种钠离子电池,其特征在于,包括权利要求1-7任意一项所述的钠离子电池正极极片。

说明书

技术领域

[0001]本申请涉及钠离子电池领域,尤其涉及一种钠离子电池正极极片及其制备方法和钠离子电池。

背景技术

[0002]随着钠离子电池在储能领域的广泛应用,对其性能优化的研究日益深入。在正极材料体系中,层状氧化物因其结构优势成为主流选择,其中O3型材料因其高钠含量特性备受关注。然而这类材料存在固有缺陷:其活性钠组分易与环境中水汽和二氧化碳反应生成碱性化合物,导致材料pH值显著升高。与此同时,传统正极浆料配方沿袭电体系,采用含氟聚合物PVDF作为粘结剂,该材料在碱性环境中易发生交联反应,与O3型材料的高碱性形成矛盾,造成浆料凝胶现象。在实际生产过程中,即使严格控制环境湿度,也难以避免浆料在长时间存放过程中的凝胶风险,这将严重影响后续涂布工艺的稳定性。

[0003]为解决这一技术难题,现有技术主要采取两种途径:一是对O3型材料进行表面包覆处理以隔绝空气接触,但这种方法显著增加了制造成本;二是添加酸性中和剂如草酸,然而过量添加会降低电池能量密度,而少量添加又难以达到预期效果。更为根本的解决方案是采用无氟粘结剂体系,但现有无氟粘结剂存在三大技术瓶颈:玻璃化转变温度过高导致极片脆性增加、电阻率偏高影响倍率性能、粘结强度不足引发掉粉问题。这些缺陷严重制约了无氟粘结剂在钠离子电池中的实际应用效果。因此,开发新型正极浆料体系,在避免凝胶现象的同时确保极片机械性能和电化学性能,成为当前技术创新的关键突破点。

[0004]针对上述问题,现有技术亟需改进。

发明内容

[0005]本申请的目的在于提供一种钠离子电池正极极片及其制备方法和钠离子电池,以解决上述问题。

[0006]为实现以上目的,本申请采用以下技术方案:

本申请提供一种钠离子电池正极极片,包括集流体、第一涂层、第二涂层;

所述集流体的正反两面依次设置所述第一涂层、所述第二涂层;

所述第一涂层的原料为第一浆料,所述第一浆料以其自身总质量为100%计算,包括:第一O3型正极主材90.7-98.99%、第一橡胶类添加剂0.01-0.3%、第一无氟粘结剂0.5-4%、第一导电剂0.5-5%;

所述第二涂层的原料为第二浆料,所述第二浆料以其自身总质量为100%计算,包括:第二O3型正极主材90-98%、第二橡胶类添加剂1-3%、第二无氟粘结剂0.5-4%、第二导电剂0.5-3%;

所述第一O3型正极主材、第二O3型正极主材各自独立的包括镍铁锰基主材或铜铁锰基主材;

所述第一橡胶类添加剂、第二橡胶类添加剂各自独立的包括氢化丁腈橡胶;

所述第一无氟粘结剂、第二无氟粘结剂各自独立的包括聚酰亚胺。

[0007]可选地,所述第一浆料,所述第二浆料的溶剂各自独立的为NMP。

[0008]可选地,所述第一O3型正极主材、所述第一O3型正极主材的粒度D50各自独立的为5-30μm。

[0009]可选地,所述第一导电剂、所述第二导电剂各自独立的包括炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管、石墨烯中的至少一种。

[0010]可选地,所述集流体包括铝箔,所述集流体的厚度为1-20μm。

[0011]可选地,所述集流体还包括涂炭箔材,涂炭层的厚度为0.1-2μm。

[0012]可选地,所述第一涂层的厚度为50-350μm;所述第二涂层的厚度为所述第一涂层厚度的2-10%。

[0013]本申请还提供一种钠离子电池正极极片的制备方法,将所述第一浆料设置在所述集流体两侧,第一干燥后得到具有第一涂层的极片;将所述第二浆料设置在所述第一涂层的表面,第二干燥后得到具有第一涂层和第二涂层的极片;将所述具有第一涂层和第二涂层的极片进行后处理后得到所述钠离子电池正极极片。

[0014]可选地,所述第一干燥的温度为100-120℃。

[0015]可选地,所述第二干燥的温度为100-120℃。

[0016]可选地,所述后处理包括依次进行的辊压、分切、制片、卷绕、装配、烘烤、注液、化成和分容。

[0017]所述辊压的压力为3-15MPa。

[0018]本申请还提供一种钠离子电池,包括所述钠离子电池正极极片。

[0019]与现有技术相比,本申请的有益效果包括:

本申请提供的钠离子电池正极浆料中,第一浆料作为主涂层,通过高含量主材和低比例橡胶添加剂实现高能量密度与适度柔韧性的平衡。第二浆料作为表层,通过增加橡胶添加剂比例增强极片延展性,同时减少主材占比以降低表层电阻。两种浆料通过分层涂布形成复合结构,主涂层承担机械支撑与活性物质存储功能,表层则优化界面接触并提升极片抗弯折能力。本申请有效避免了O3型正极材料与含氟粘结剂的凝胶反应,同时通过分层组分设计补偿了无氟粘结剂的机械性能缺陷。浆料体系在涂布后形成兼具高能量密度、良好柔韧性和稳定导电性的极片结构,解决了量产过程中浆料存储稳定性差及极片易脆断的问题。

[0020]本申请提供的钠离子电池正极极片通过分层涂布工艺,第一涂层与第二涂层分别采用不同配比的浆料体系。第一涂层以高比例O3型主材为基础,搭配微量橡胶类添加剂和无氟粘结剂,既保持活性物质含量又避免浆料凝胶;第二涂层通过调整导电剂和粘结剂比例,在表层形成致密导电结构。集流体两侧对称分布的涂层设计可平衡极片内部应力,防止卷曲变形。有效解决了O3型正极浆料因含氟粘结剂与碱性主材反应导致的凝胶问题,同时通过分层涂布优化了极片的导电性与机械强度。对称涂层结构进一步提升了极片加工稳定性,避免涂布过程中因应力不均导致的掉粉或断裂。

附图说明

[0021]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本申请的某些实施例,因此不应被看作是对本申请范围的限定。

[0022]图1为实施例提供的钠离子电池正极极片的结构示意图。

[0023]其主要附图信息如下:

100-集流体;101-第一涂层;102-第二涂层。

具体实施方式

[0024]如本文所用之术语:

“由……制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形,意在覆盖非排它性的包括。例如,包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素,而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。

[0025]连接词“由……组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中,此短语将使权利要求为封闭式,使其不包含除那些描述的材料以外的材料,但与其相关的常规杂质除外。当短语“由……组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时,其仅限定在该子句中描述的要素;其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。

[0026]当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时,这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围,而不论该范围是否单独公开了。例如,当公开了范围“1~5”时,所描述的范围应被解释为包括范围“1~4”、“1~3”、“1~2”、“1~2和4~5”、“1~3和5”等。当数值范围在本文中被描述时,除非另外说明,否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。

[0027]在这些实施例中,除非另有指明,所述的份和百分比均按质量计。

[0028]“质量份”指表示多个组分的质量比例关系的基本计量单位,1份可表示任意的单位质量,如可以表示为1g,也可表示2.689g等。假如我们说A组分的质量份为a份,B组分的质量份为b份,则表示A组分的质量和B组分的质量之比a:b。或者,表示A组分的质量为aK,B组分的质量为bK(K为任意数,表示倍数因子)。不可误解的是,与质量份数不同的是,所有组分的质量份之和并不受限于100份之限制。

[0029]“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生,例如,A和/或B包括(A和B)和(A或B)。

[0030]为了更好的阐释本申请提供的技术方案,在具体实施方式之前,先对本申请提供的技术方案做整体陈述。

[0031]在现有技术中,钠离子电池正极材料普遍采用O3型层状氧化物,其高碱性易与含氟粘结剂发生反应导致浆料凝胶。传统解决方案通过材料包覆或添加酸性物质中和碱性,但存在成本增加或副反应风险。量产过程中浆料长时间搁置加剧凝胶风险,而无氟粘结剂虽能避免凝胶,却因玻璃化转变温度高、电阻大等问题导致极片脆断或导电性下降。

[0032]为了解决上述问题,需要设计一种新型浆料体系,在避免凝胶的同时提升极片柔韧性与导电性。通过分析发现,单一浆料难以平衡无氟粘结剂与功能需求之间的矛盾。因此考虑将浆料分为两层结构,通过不同配比的组分组合实现功能互补。

[0033]本申请提供一种钠离子电池正极极片,包括集流体、第一涂层、第二涂层;

所述集流体的正反两面依次设置所述第一涂层、所述第二涂层;

所述第一涂层的原料为第一浆料,所述第一浆料以其自身总质量为100%计算,包括:第一O3型正极主材90.7-98.99%、第一橡胶类添加剂0.01-0.3%、第一无氟粘结剂0.5-4%、第一导电剂0.5-5%。

[0034]可选的,第一O3型正极主材的用量可以为90.7%、91%、91.5%、92%、92.5%、93%、93.5%、94%、94.5%、95%、95.5%、96%、96.5%、97%、97.5%、98%、98.5%、98.99%,或者为90.7-98.99%之间的任一值;第一橡胶类添加剂的用量可以为0.01%、0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25%、0.3%,或者为0.01-0.3%之间的任一值;第一无氟粘结剂的用量可以为0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%,或者为0.5-4%之间的任一值;第一导电剂的用量可以为0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%、5%,或者为0.5-5%之间的任一值。

[0035]所述第二涂层的原料为第二浆料,所述第二浆料以其自身总质量为100%计算,包括:第二O3型正极主材90-98%、第二橡胶类添加剂1-3%、第二无氟粘结剂0.5-4%、第二导电剂0.5-3%。

[0036]可选的,所述第二O3型正极主材的用量可以为90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%,或者为90-98%之间的任一值;第二橡胶类添加剂的用量可以为1%、1.5%、2%、2.5%、3%,或者为1-3%之间的任一值;第二无氟粘结剂的用量可以为0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%,或者为0.5-4%之间的任一值;第二导电剂的用量可以为0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%,或者为0.5-4%之间的任一值。

[0037]所述第一O3型正极主材、第二O3型正极主材各自独立的包括镍铁锰基主材或铜铁锰基主材;

所述第一橡胶类添加剂、第二橡胶类添加剂各自独立的包括氢化丁腈橡胶;

所述第一无氟粘结剂、第二无氟粘结剂各自独立的包括聚酰亚胺。

[0038]在一个可选的实施方式中,所述第一浆料,所述第二浆料的溶剂各自独立的为NMP,NMP为N-甲基吡咯烷酮。

[0039]在一个可选的实施方式中,所述第一O3型正极主材、所述第一O3型正极主材的粒度D50各自独立的为5-30μm。

[0040]可选的,第一O3型正极主材、第二O3型正极主材的粒度D50各自独立的可以为5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm,或者为5-30μm之间的任一值。

[0041]在一个可选的实施方式中,所述第一导电剂、所述第二导电剂各自独立的包括炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管、石墨烯中的至少一种。

[0042]在一个可选的实施方式中,所述集流体包括铝箔,所述集流体的厚度为1-20μm。

[0043]可选的,集流体的厚度可以为1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm、5μm,或者为1-5μm之间的任一值。

[0044]在一个可选的实施方式中,所述集流体还包括涂炭箔材,涂炭层的厚度为0.1-2μm。

[0045]可选的,涂炭箔材集流体的涂炭层的厚度可以为0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm、1μm、1.1μm、1.2μm、1.3μm、1.4μm、1.5μm、1.6μm、1.7μm、1.8μm、1.9μm、2μm,或者为0.1-2μm之间的任一值。

[0046]在一个可选的实施方式中,所述第一涂层的厚度为50-350μm;所述第二涂层的厚度为所述第一涂层厚度的2-10%。

[0047]可选的,第一涂层的厚度可以为50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm、200μm、210μm、220μm、230μm、240μm、250μm、260μm、270μm、280μm、290μm、300μm、310μm、320μm、330μm、340μm、350μm,或者为50-350μm之间的任一值;第二涂层的厚度可以为第一涂层厚度的2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%、6%、6.5%、7%、7.5%、8%、8.5%、9%、9.5%、10%,或者为2-10%之间的任一值。

[0048]本申请还提供一种钠离子电池正极极片的制备方法,其特征在于,将所述第一浆料设置在所述集流体两侧,第一干燥后得到具有第一涂层的极片;将所述第二浆料设置在所述第一涂层的表面,第二干燥后得到具有第一涂层和第二涂层的极片;将所述具有第一涂层和第二涂层的极片进行后处理后得到所述钠离子电池正极极片。

[0049]在一个可选的实施方式中,所述第一干燥的温度为100-120℃,时间为0.5-1.5min。

[0050]可选的,第一干燥的温度可以为100℃、105℃、110℃、115℃、120℃或者为100-120℃之间的任一值;第一干燥的时间可以为0.5min、1 min、1.5 min,或者为0.5-1.5 min之间的任一值。

[0051]在一个可选的实施方式中,所述第二干燥的温度为100-120℃,时间为0.2-1.5min。

[0052]可选的,第二干燥的温度可以为100℃、105℃、110℃、115℃、120℃,或者为100-120℃之间的任一值;第二干燥的时间可以为0.2min、0.3 min、0.4 min、0.5 min、0.7 min、0.7 min、0.8 min、0.9 min、1 min、1.1 min、1.2 min、1.3 min、1.4 min、1.5 min,或者为0.2-1.5 min之间的任一值。

[0053]在一个可选的实施方式中,所述后处理包括依次进行的辊压、分切、制片、卷绕、装配、烘烤、注液、化成和分容。

[0054]所述辊压的压力为3-15MPa。

[0055]可选的,辊压的眼里可以为3MPa、4 MPa、5 MPa、6 MPa、7 MPa、8 MPa、9 MPa、10MPa、11 MPa、12 MPa、13 MPa、14 MPa、15 MPa,或者为3-15 MPa之间的任一值。

[0056]本申请还提供一种钠离子电池,包括所述钠离子电池正极极片。

[0057]下面将结合具体实施例对本申请的实施方案进行详细描述,但是本领域技术人员将会理解,下列实施例仅用于说明本申请,而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。

[0058]实施例1

本实施例提供一种钠离子电池正极极片,其结构如图1所示,制备方法如下:

采用厚度为12μm的铝箔作为集流体100,集流体100的正反两面依次设置第一涂层101和第二涂层102。其中,第一涂层101的厚度为200μm,第二涂层102的厚度为20μm。

[0059]第一涂层101的原料为第一浆料,第一浆料的原料以其自身质量为100%计算,包括:镍铁锰基主材(O3型正极主材,粒度D50=7.5μm)95.5%、氢化丁腈橡胶0.2%、聚酰亚胺1.5%、导电炭黑2%、碳纳米管0.8%;溶剂为N-甲基吡咯烷酮。

[0060]第二涂层102的原料为第二浆料,第二浆料的原料以其自身质量为100%计算,包括:镍铁锰基主材(O3型正极主材,粒度D50=7.5μm)95.5%、氢化丁腈橡胶1.2%、聚酰亚胺1.5%、导电炭黑1%、碳纳米管0.8%;溶剂为N-甲基吡咯烷酮。

[0061]使用涂布机将第一浆料设置在集流体100的正反两面,在100℃温度下烘干1min,得到具有第一涂层101的极片。

[0062]使用涂布机将第二浆料设置在第一涂层101的表面,在100℃温度下烘干1min,得到具有第一涂层101和第二涂层102的极片。

[0063]将具有第一涂层101和第二涂层102的极片进行辊压及后处理后得到钠离子电池正极极片。

[0064]本实施例还提供一种钠离子电池:

正极极片为制得的钠离子电池正极极片,负极极片为钠电池通用的硬碳为负极主材的极片,隔膜为12+4的基膜加陶瓷涂层,电解液为常规的钠电电解液。

[0065]实施例2

本实施例提供一种钠离子电池正极极片,制备方法如下:

采用厚度为12μm的铝箔作为集流体100,集流体100的正反两面依次设置第一涂层101和第二涂层102。其中,第一涂层101的厚度为100μm,第二涂层102的厚度为00μm。

[0066]第一涂层101的原料为第一浆料,第一浆料的原料以其自身质量为100%计算,包括:镍铁锰基主材(粒度D50=7.5μm)95.5%、氢化丁腈橡胶0.2%、聚酰亚胺1.5%、导电炭黑2%、碳纳米管0.8%;溶剂为N-甲基吡咯烷酮。

[0067]第二涂层102的原料为第二浆料,第二浆料的原料以其自身质量为100%计算,包括:镍铁锰基主材(O3型正极主材,粒度D50=7.5(5-30)μm)95.5%、氢化丁腈橡胶1.2%、聚酰亚胺1.5%、导电炭黑1%、碳纳米管0.8%;溶剂为N-甲基吡咯烷酮。

[0068]使用涂布机将第一浆料设置在集流体100的正反两面,在110℃温度下烘干1.2min,得到具有第一涂层101的极片。

[0069]使用涂布机将第二浆料设置在第一涂层101的表面,在100℃温度下烘干1min,得到具有第一涂层101和第二涂层102的极片。

[0070]将具有第一涂层101和第二涂层102的极片进行辊压及后处理后得到钠离子电池正极极片。

[0071]本实施例还提供一种钠离子电池:

正极极片为制得的钠离子电池正极极片,负极极片为钠电池通用的硬碳为负极主材的极片,隔膜为12+4的基膜加陶瓷涂层,电解液为常规钠电电解液。

[0072]实施例3

本实施例提供一种钠离子电池正极极片,制备方法如下:

采用厚度为12μm的铝箔作为集流体100,集流体100的正反两面依次设置第一涂层101和第二涂层102。其中,第一涂层101的厚度为200μm,第二涂层102的厚度为20μm。

[0073]第一涂层101的原料为第一浆料,第一浆料的原料以其自身质量为100%计算,包括:镍铁锰基主材(O3型正极主材:镍铁锰基主材或铜铁锰基主材,粒度D50=7.5μm)95.95%、氢化丁腈橡胶0.05%、聚酰亚胺1.5%、导电炭黑2%、碳纳米管0.5%;溶剂为N-甲基吡咯烷酮。

[0074]第二涂层102的原料为第二浆料,第二浆料的原料以其自身质量为100%计算,包括:镍铁锰基主材(O3型正极主材,粒度D50=7.5μm)93%、氢化丁腈橡胶2%、聚酰亚胺2%、导电炭黑2%、碳纳米管1%;溶剂为N-甲基吡咯烷酮。

[0075]使用涂布机将第一浆料设置在集流体100的正反两面,在110℃温度下烘干1.2min,得到具有第一涂层101的极片。

[0076]使用涂布机将第二浆料设置在第一涂层101的表面,在100℃温度下烘干1min,得到具有第一涂层101和第二涂层102的极片。

[0077]将具有第一涂层101和第二涂层102的极片进行辊压及后处理后得到钠离子电池正极极片。

[0078]本实施例还提供一种钠离子电池:

正极极片为制得的钠离子电池正极极片,负极极片为钠电池通用的硬碳为负极主材的极片,隔膜为12+4的基膜加陶瓷涂层,电解液为市面上常用的钠电电解液。

[0079]对比例1

本对比例提供一种钠离子电池正极极片:

与实施例1相比,区别仅在于铝箔的正反两面均设置厚度为100μm单层涂层;涂层的原料以其自身的质量为100%计算,包括:O3型正极主材95.7%、聚偏氟乙烯(含氟粘结剂)1.5%、导电炭黑2%、碳纳米管0.8%。

[0080]本对比例还提供一种钠离子电池:

正极极片为上述钠离子电池正极极片,负极极片、电解液、隔膜与实施例1相同。

[0081]对比例2

本对比例提供一种钠离子电池正极极片:

与实施例1相比,区别仅在于铝箔的正反两面均设置厚度为100μm单层涂层;涂层的原料以其自身的质量为100%计算,包括:O3型正极主材95.5%、氢化丁腈橡胶0.2%、聚酰亚胺1.5%、导电炭黑2%、碳纳米管0.8%。

[0082]本对比例还提供一种钠离子电池:

正极极片为上述钠离子电池正极极片,负极极片、电解液、隔膜与实施例1相同。

[0083]对比例3

本对比例提供一种钠离子电池正极极片:

与实施例1相比,区别仅在于铝箔的正反两面均设置厚度为100μm单层涂层;涂层的原料以其自身的质量为100%计算,包括:O3型正极主材96%、聚偏氟乙烯(含氟粘结剂)1.5%、导电炭黑1.5%、碳纳米管1%。

[0084]本对比例还提供一种钠离子电池:

正极极片为上述钠离子电池正极极片,负极极片、电解液、隔膜与实施例1相同。

[0085]对实施例及对比例所制得的正极极片进行测试,测试方法如下:

浆料粘度稳定性测试:使用设备为旋转粘度计;测试参数:4#转子,30rpm转速;评级标准为平均每小时浆料粘度升高大于500mPa·s,评级为差;平均每小时浆料粘度升高小于500 mPa·s ,但是大于300mPa·s,评级为一般;平均每小时浆料粘度升高小于300 mPa*s,评级为好;(平均每小时浆料粘度升高数值=(浆料静置24小时粘度-浆料起始粘度)/24)。

[0086]柔性性能测试:采用人为折叠的方式;取辊压后的极片,人为对折极片,观察是否漏集流体;评级标准:对折一次就漏箔,评级为柔韧性差;对折2-3次后漏箔,评级为柔韧性一般;对折3次以上后漏箔,评级为柔韧性好。

[0087]掉粉情况测试:采用人为折叠的方式;称量从极片脱落的粉体质量用天平称量。测试方法:人为对折极片5次,称量从极片上脱落的粉的质量。评级标准:0.1mg以下,评级为极少;0.1mg-0.5mg之间,评级为少;0.5mg-1mg评级为较多;1mg-5mg之间,评级为多;5mg以上,评级为很多。

[0088]极片电导率:采用极片电阻仪2300;测试参数:实验压力25MPa,实验面积153.94mm2,仪器会直接显示极片的电阻率数值。评级标准:0.06S/cm以上,评级为a。

[0089]压实密度:采用辊压设备进行;辊压压力为3MPa-15MPa;计算方法:辊压后的极片的涂层面密度除以涂层厚度。评级标准:3.1g/cm3<α≤3.2g/cm3,3.0g/cm3<β≤3.1g/cm3,以此类推,每间隔0.1 g/cm3为一级。

[0090]实施例挤兑比例所制得的钠离子电池正极极片的信息如表1所示:

表1正极极片的信息

[0091]由表1可知,实施例1、2和3均具有良好的浆料稳定性、极片柔韧性、极片电导率,极少的掉粉和较高的极片压实密度。其中良好的浆料稳定性得益于无氟粘结剂对传统PVDF的替代,使得浆料在碱性条件下不容易发生PVDF的交联反应;良好的极片柔韧性得益于,橡胶类添加剂的添加和双层不同组分比例的设计;掉粉情况极少得益于高弹性橡胶类添加剂的添加使得极片在辊压过程中,颗粒可以重排阻力更小,颗粒可以排列的更紧密。另外,外层的更高占比的橡胶类添加剂使得极片外层的压实密度可以更高,进一步封闭住粉体,防止掉粉;极片较高的压实密度得益于高弹性的橡胶类添加剂加入到极片粉体中,极片辊压过程中,颗粒重排的阻力较小,颗粒在辊压压力下,可以比较充分的填充极片中的空隙。另外,第二涂层的更高占比的橡胶类添加剂也提高了第二涂层的压实密度,从而总体来看也提高了极片整体的压实密度。

[0092]对比例1采用传统PVDF作为粘结剂,在高碱性的O3型正极主材浆料中,容易发生PVDF的交联反应,在浆料内部形成三维网状结构,提高浆料的粘度,浆料体系变得不稳定,所以其浆料粘度稳定性差;极片的柔韧性差,是由于没有添加高弹性的橡胶类添加剂,使得极片的脆性相对于实施例更大。 极片电导率相对于实施例较低,是由于极片中的粉体接触没有实施例的紧密,导电路径较少。极片压实相对于实施例更低,是由于没有添加氢化丁腈橡胶,导致极片在辊压过程中,颗粒重排阻力较大,极片内部的空隙没有充分填充。

[0093]对比例2采用聚酰亚胺作为全部的粘结剂,由于没有PVDF的加入,不存在碱性条件下的PVDF交联反应,因此浆料粘度稳定性较好;由于聚酰亚胺相对于PVDF较脆,尽管添加了部分氢化丁腈橡胶,极片的柔韧性也表现一般。由于氢化丁腈橡胶的添加,极片在辊压过程中,颗粒重排充分,颗粒紧密接触,颗粒间的粘结力更强,导致掉粉情况少;导电路径相对于对比例1增多(因为颗粒接触的比对比例1更紧密),但是由于全是聚酰亚胺为粘结剂,相比于实施例中的部分PVDF和部分聚酰亚胺搭配使用的粘结剂以及更多添加的氢化丁腈橡胶,其颗粒间的紧密程度低于实施例,所以极片的电导率会低于实施例,但是高于对比例1更高;压实密度压在对比例1和实施例之间,原因于分析极片电导率类似,是由于极片颗粒的紧密程度介于对比例1和实施例之间。

[0094]对比例3的浆料粘度稳定性差,是由于全部使用PVDF为粘结剂,在碱性的正极浆料条件下容易发生PVDF的交联反应,在浆料内部形成网状结构,从而升高浆料的粘度;极片柔韧性差和掉粉较多,原因于对比例1相似。

[0095]最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

[0096]此外,本领域的技术人员能够理解,尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征,但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如,在上面的权利要求书中,所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本申请的总体背景技术的理解,而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

说明书附图(1)

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标签:钠离子电池,正极极片
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