锂离子电池极片的改性方案综述_畅青俊

锂 离 子 电 池 极 片 的 改 性 方 案 综 述畅青俊 1 ， 刘林菲 2， 马志华 3 ， 董红玉 4（ 1． 新乡电池研究院有限公司 ， 河南 新乡 453000 ； 2． 郑州经济技术开发区 祥云寺小学 ， 河南 郑州 450016 ； 3． 新乡学院 化学化工学院 ， 河南 新乡 453003 ； 4． 河南师范大学 化学化工学院 ， 河南 新乡 453007）摘 要 ： 电池极片的优劣状态对电池性能有着至关重要的影响 ， 而搅拌 、 涂布和辊压决定了电池极片的优劣 。 本文从这三部分关键环节入手 ， 介绍了电池极片的改性方案 。关键词 ： 锂离子电池 ； 电池极片 ； 改性方案中图分类号 ： TM911 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1003 － 3467（ 2016） 09 － 0015 － 03Summary on the Modification of Lithium Ion Battery Pole PiecesCHANG Qingjun 1， LIU Linfei 2 ， MA Zhihua 3 ， DONG Hongyu 4（ 1． Xinxiang Battery Ｒ esearchInstitute Co． Ltd ， Xinxiang 453000 ， China； 2． Zhengzhou Economicand Technological Development Zone Xiangyunsi Primary School ， Zhengzhou 450016 ， China ； 3． Col-lege of Chemistry and Chemical Engineering ， Xinxiang College， Xinxiang 453003 ， China ； 4． Collegeof Chemistry and Chemical Engineering ， Henan Normal University ， Xinxiang 453007 ， China）Abstract ： Advantage and disadvantageof the battery pole piece has important influence on the perform-ance of the battery， while mixing， coating and rolling determines the advantageand disadvantageof thebattery pole piece ． From these three aspects， the modificatin methods of the battery pole piece are intro-duced．Key words ： Li － ion battery ； battery pole piece ； modification method0 引言据中国汽车工业协会统计分析 ， 中国 2016 年上半年新能源汽车生产 17． 7 万辆 ， 销售 17． 0 万辆 ， 比2015 年同期分别增长 125． 0% 和 126． 9% 。 预 计2016 年全年新能源汽车产销量预计达 54． 4 万辆 ，锂电池产能需求将达到 30 GWh 左右 。 预计到 2020年 ， 市场价值将超 550 亿美元 （ 约合人民币 3 450 亿元 ） 。 而新能源汽车的热销也带动了锂电池需求旺盛 。但能否提供优质的动力电池自然而然成为制约新能源领域的发展瓶颈 。 因此各大企业也加大了对电池生产改进的研究力度 ， 同时锂离子电池产业需要多项技术整合 ， 包括电化学技术 、 生产技术 、 电子技术 、 材料开发技术等 。 锂离子电池不仅在理论上需要不断开发 ， 对生产要求也相当高 ， 必须要借助良好的设备和厂房条件以及高素质的技术工人 ， 才能生产出合格的锂离子电池 。 电池极片的状态决定了电池 80% 以上的性能 ［ 1 － 2］ 。 因此 ， 本文主要介绍锂离 子电池极片改性方案 ，櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀即如何制作出更优异的锂［ 14］ Ｒ uffJ K． The imidodisulfuryl fluoride ion［ J］ ． InorgChem， 1965， 4（ 10） ： 1446 － 1448．［ 15］ 菊田学 ， 北尾真大 ． 双 （ 氟磺酰基 ） 亚胺阴离子化合物的制备 方 法 和 离 子 对 化 合 物 ： 中 国 ， CN102046523［ P］ ． 2011 － 05 － 04．［ 16］ 周志彬 ， 韩洪波 ， 聂 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有利于活性材料与电解液的接触和电化学反应的发生 。 还有部分研究尝试将聚乙烯醇 （ PVA） 作为黏结剂来使用 。由于锂离子活性物质的低导电性 ， 在材料中加入适量的导电剂是非常必要的 ， 作为混料的另一种添加剂是为了能够有效地填充到活性材料颗粒间隙中 ， 形成有利于锂离子嵌入和脱嵌的微孔 ， 提高电荷传导能力 。 通常 Super P 由于其是一种各相异性的层状石墨 ， 颗粒小于乙炔黑 ， 具有较高的电子传导能力 ， 因此被作为导电剂来使用 。 为了进一步改善极片的电化学性能 ， 一种气相生长的碳纤维 VGCF， 由于具有较好的导电和导热性能 ， 同时具有一定的电解液吸附能力 ， 被作为导电剂来研究 ［ 11］ 。另外 ， 在混料阶段适当的乙醇或异丙醇等消泡剂也被添加使用 ， MF、 十二烷基磺酸钠 （ SDS） 和聚乙二醇 （ PEG） 等被作为分散剂使用 。 此外 ， 研究不同含量配比 、 干混和湿混等不同混料方式及控制温度和真空度等也被作为电池极片的改性方案被企业广泛采纳 。1． 2 涂布箔材集流体锂离子电池涂布是将混合好的浆料涂布到箔材集流体表面 。 因此电池极片的改性方案一方面是在箔材上改进 ， 另一方面就是在涂布方式上突破 。 集流体能降低电池的内阻 ， 减少电池材料的电化学极化 ， 从而提高电池的实际容量和循环性能 。 正极集流体铝箔在电池长期使用时会发生腐蚀溶解 。 铝的表面腐蚀形成可溶性的 Al 3 + 会造成电解液的污染 ，并且可能在负极还原沉积生成金属 Al 枝晶 ， 会直接影响电池的使用寿命和安全性能 ［ 12 － 13］ 。 为了改善电极片的性能 ， 通过氧化后处理的方法在铝箔表面生成一层钝化膜保护层来提高集流体耐蚀性 。 也有在铝箔表面涂覆导电碳涂层 ， 对铝箔进行电晕处理等 。负极集流体通常为二维光滑的铜箔 ， 但由于其表面光滑 ， 导致铜箔与浆料结合不紧密 ， 接触面不均匀 ， 致导电性变差 。 目前为了改善电池极片的状态 ，通常采用表面粗糙化的方法来实现 。 主要是通过表面处理 、 直流刻蚀 、 化学沉积和电沉积镀覆金属等方法来实现 ［ 14 － 17］ 。 还有学者通过塑料电沉积法制备出泡沫铜作为锂离子电池集流体 ， 对其进行电化学性能测试 ， 结果显示了较好的循环性能 ［ 18］ 。目前 ， 通常的涂布方式有多层挤压涂布 、 落帘涂布及转移涂布 ， 但已不能完全满足新的要求 。 新的涂布改进方式有条缝涂布 、 挤压涂布和微凹版辊涂布 。 此外易于调节的速比 、 主机速度 、 包角和刮刀压力等参数也作为涂布改进的实验方向 。1． 3 辊压辊压环节不仅影响极片的成片状态 ， 而不同的辊压厚度也影响电池的内阻 ， 而辊压的厚度与设备息息相关 。 传统的电池极片轧机采用气液增压缸加压 ， 通过手动调节楔铁丝杠来确定轧制预辊缝 ， 属于离线 调 整 辊 缝 方 式 ， 无 法 完 成 恒 轧 制 力 方 式 轧制 ［ 19］ 。 为了改善生片质量 ， 现在轧机采用液压控制 ， 提高了极片辊压的自动化程度 、 精度和一致性 。除了增压方式的改进 ， 现在加热辊压也被用来改进电池极片的成片状态 ， 一般认为热辊辊压可以消除极片经轧制后留存的一部分内应力 ， 降低极片在辊压后的反弹率 ， 还可以增强活性物质与集流体之间的黏合力 。·61·河南化工HENAN CHEMICAL INDUSTＲY 2016 年 第 33 卷2 结论与展望电池极片的优劣状态对电池性能有着至关重要的影响 ， 而搅拌 、 涂布和辊压决定了电池极片的优劣 。 本文从电池极片的关键环节入手 ， 介绍了电池极片的改性方案 ， 但锂电池的改性提高是一个系统工程 ， 不仅仅只是生产工艺 ， 还需要电池设计者 、 管理系统的研究者以及电池组的使用者共同协作 ， 来促进我国锂电池行业的发展 。参考文献 ：［ 1］ 杨 洪 ， 何显峰 ， 李 峰 ． 压实密度对高倍率铿电池性能的影响 ［ J］ ． 电源技术 ， 2009， 33（ 11） ： 959 － 962．［ 2］ Zheng Honghe， Li Jing， SongXiangyun ．A comprehensiveunderstandingof electrodethickness effectson the electro-chemical performancesof Li － ion battery cathodes［ J］ ．Electrochimica Acta， 2012， 71（ 2） ： 258 － 261．［ 3］ Liu J， Zhang Q， Zhang T， et al ． A robust ion － conductivebiopolymer as a 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