一种具有自我修复效果的电池极片

摘要

本发明涉及一种具有自我修复效果的电池极片。本发明属于锂离子电池技术领域。一种具有自我修复效果的电池极片，其特点是：具有自我修复效果的电池极片制备过程中，采用的电池浆料重量百分比组成为：锂离子电池正负极活性物质20‑70％；水系粘结剂1‑10％；水性愈合修复剂0.1‑10％；导电剂0.11‑10％；纤维强化剂0.01‑2％；表面润湿剂0.01‑5％；水28‑70％；水系粘结剂为羧甲基纤维素钠或丁苯橡胶；导电剂为超级炭黑、乙炔黑或导电石墨粉；纤维强化剂为碳纳米管或微米碳纤维碳导电材料。本发明具有组分简单，加工方便，适用范围广，电池极片自愈合能力强，使锂离子电池的循环寿命得到大幅度改善等优点。

权利要求

1.一种具有自我修复效果的电池极片，其特征是：具有自我修复效果的电池极片制备过程中，采用的电池浆料重量百分比组成为其中，水系粘结剂为羧甲基纤维素钠或丁苯橡胶；导电剂为超级炭黑、乙炔黑或导电石墨粉；水性愈合修复剂为改性环糊精或聚环轮烷具有室温接枝效果的高分子材料；纤维强化剂为碳纳米管或微米碳纤维碳导电材料；表面润湿剂为聚乙二醇或十二烷基苯磺酸钠表面活性剂；

电池浆料均匀涂布在铜箔或铝箔上，再经过烘干、滚压制成具有自我修复效果的电池极片。

说明书

一种具有自我修复效果的电池极片

技术领域

[0001] 本发明属于锂离子电池技术领域，特别是涉及一种具有自我修复效果的电池极片。

背景技术

[0002] 目前，锂离子电池已经成为数码电池、电动汽车电池、储能电池的主要应用领域。锂离子电池的制造工艺一般是：将含有活性材料(正负极材料)、粘结剂、导电剂和溶剂的浆料混合均匀，涂布在金属箔材上，经过烘干、碾压、分切等工艺制成极片。再经过卷绕、叠片、注液、化成等工艺制成电池。

[0003] 随着电池循环的进行，电池中的正负极材料反复膨胀、收缩，造成正负极材料与导电剂、金属箔、粘结剂等的分离。因此，如何防止在电池循环过程中极片保持初始形态，是提高电池循环寿命的关键。

[0004] 锂离子电池中的材料都是用粘结剂进行粘连的。粘结剂一般采用油系配方：聚偏氟乙烯(PCDF)作为粘结剂，N-甲基吡咯烷酮作为溶剂；或者水系配方：羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶(SBR)作为粘结剂，水作为溶剂。这些粘结剂制成的极片在电池的长期循环过程中，有可能因为活性材料的应力，导致粘结剂发生变性和粘结性衰减，极片会产生裂纹和剥落，造成电池循环寿命的下降。如果极片能在反复循环过程中实现自我修复，会极大改善电池的循环性能。

[0005] 自我修复材料是拥有自愈合能力的智能材料。它能够通过高分子之间的接枝，自动修复由于外部机械作用带来的损害。这种拥有独特功能的智能材料的作用，一般是利用了分子间的相互作用力。常见的有物理作用和化学作用。前者比较常见的是利用聚轮烷上的环状分子的自由移动，后者主要利用可逆共价键或者分子间作用力来进行构筑自我修复效果。例如，Akira Harada课题组发现了一种能够快速自我修复的高分子聚合材料，该材料利用了聚轮烷中环状分子的自由移动(物理作用)以及苯硼酸与环糊精之间可逆作用(化学作用)实现材料自我修复(Self-Healing materials formed by cross-linked polyrotaxanes with reversible bonds.Chem,2016,1,766-775)。现有自我修复材料存在组分复杂、自我修复效果差等技术问题。

发明内容

[0006] 本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种具有自我修复效果的电池极片。

[0007] 本发明的目的是提供一种具有组分简单，加工方便，电池极片自愈合能力强，使锂离子电池的循环寿命得到大幅度改善，适用范围广等特点的具有自我修复效果的电池极片。

[0008] 本发明提供的可以实现自我修复的极片配方和制造方法，大幅提高锂离子电池的循环性能。本发明针对水系配方进行改进。在配制电池浆料时，具体配方为(重量百分比)：

[0009] 活性物质：20-70％

[0010] 粘结剂：1-10％

[0011] 水性愈合修复剂：0.1-10％

[0012] 导电剂：0.11-10％

[0013] 纤维强化剂：0.01-2％

[0014] 表面润湿剂：0.01-5％

[0015] 水：30-70％

[0016] 极片烘干后，水分被全部烘掉。其余物质保存在极片中。

[0017] 其中，活性物质为锂离子电池正负极材料，粘结剂为羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶(SBR)等水系粘结剂。导电剂为超级炭黑、乙炔黑、导电石墨粉等高导电材料。纤维强化剂为碳纳米管、微米碳纤维等具有纤维结构的碳导电材料。水性愈合修复剂包括改性环糊精、聚环轮烷等具有室温接枝效果的高分子材料。表面润湿剂为表面活性剂，例如聚乙二醇、十二烷基苯磺酸钠等。

[0018] 本发明的具体原理是：水性愈合修复剂，包括改性环糊精、聚环轮烷等具有室温接枝效果的高分子材料，能够在电池极片的反复膨胀-收缩过程中，通过高分子材料的在变应力下的接枝作用，实现微裂纹的自愈合。同时，在配方中加入和纤维状的强化剂，可以通过纤维的桥联作用，提高极片的强度，抑制微裂纹的产生。

[0019] 本发明具有自我修复效果的电池极片所采取的技术方案是：

[0020] 一种具有自我修复效果的电池极片，其特征是：具有自我修复效果的电池极片制备过程中，采用的电池浆料重量百分比组成为：

[0021]

[0022]

[0023] 其中，水系粘结剂为羧甲基纤维素钠或丁苯橡胶；导电剂为超级炭黑、乙炔黑或导电石墨粉；水性愈合修复剂为改性环糊精或聚环轮烷具有室温接枝效果的高分子材料；纤维强化剂为碳纳米管或微米碳纤维碳导电材料。

[0024] 本发明具有自我修复效果的电池极片还可以采用如下技术方案：

[0025] 所述的具有自我修复效果的电池极片，其特点是：表面润湿剂为聚乙二醇或十二烷基苯磺酸钠表面活性剂。

[0026] 所述的具有自我修复效果的电池极片，其特点是：电池浆料均匀涂布在铜箔或铝箔上，再经过烘干、滚压制成具有自我修复效果的电池极片。

[0027] 本发明具有的优点和积极效果是：

[0028] 具有自我修复效果的电池极片由于采用了本发明全新的技术方案，与现有技术相比，本发明具有组分简单，加工方便，电池极片自愈合能力强，使锂离子电池的循环寿命得到大幅度改善，适用范围广等优点。

具体实施方式

[0029] 为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并详细说明如下：

[0030] 实施例1

[0031] 一种具有自我修复效果的电池极片，在极片制备过程中，电池浆料：石墨负极材料20g，羧甲基纤维素钠(CMC)1g，改性环糊精0.5g，导电石墨SP 1g，纤维强化剂(碳纳米管)：
0.1g，十二烷基苯磺酸钠0.1g，水77.3g；将电池浆料混合均匀后涂布在铜箔上，制成负极极片，再经过烘干、滚压制成具有自我修复效果的负极极片。

[0032] 实施例2

[0033] 一种具有自我修复效果的电池极片，在极片制备过程中，电池浆料：磷酸铁锂正极材料50Kg，羧甲基纤维素钠(CMC)1Kg，丁苯橡胶乳液(SBR，50％质量比)2Kg，聚环烷2Kg，导电石墨1.5Kg，气相生长碳纤维1.5Kg，聚乙二醇0.1Kg，水60Kg。将电池浆料混合均匀后涂布在铝箔上，制成正极极片，再经过烘干、滚压制成具有自我修复效果的磷酸铁锂正极极片。经试验，极片衰减到80％容量的循环次数从4514次提高到了8627次。

[0034] 实施例3

[0035] 一种具有自我修复效果的电池极片，在极片制备过程中，电池浆料：锰酸锂正极材料100g，丁苯橡胶乳液(SBR，50％质量比)2g，聚环烷1g，导电石墨2g，碳纳米管1.5g，聚乙二醇0.1g，水120g。将电池浆料混合均匀后涂布在铝箔上，制成正极极片，再经过烘干、滚压制成具有自我修复效果的锰酸锂正极极片。经试验，极片衰减到60％容量的循环次数从1520次提高到了4676次。

[0036] 本实施例具有所述的组分简单，加工方便，适用范围广，电池极片自愈合能力强，使锂离子电池的循环寿命得到大幅度改善等积极效果。