專利名稱：：一種電池電極的制備方法
技術領域：
：本發明是關于一種電池電極的制備方法。技術背景二次電池，如鋰離子電池、堿性二次電池，廣泛應用于3C產品，也即個人電腦、移動電話和諸如便攜式CD機、PDA之類的個人無線電子設備中。二次電池一般包括外殼、電解液、電極和隔膜，電極包括正極極片和負極極片，隔膜位于正極極片和負極極片之間。正極極片包括正極集流體和負載在正極集流體上的正極材料，負極極片包括負極集流體和負載在負極集流體上的負極材料。現有的電池電極的制作中，普遍采用涂敷的方式。例如，正極極片的制作方法一般包括將正極材料與溶劑混合制成正極漿料，將正極槳料涂覆和/或填充在正極集流體上，干燥并壓實，負極極片的制作方法與正極極片的制作方法大致相同，只是先使用負極材料制成負極漿料。使用上述涂覆法制作電池電極的過程中，敷料厚度的均一性存在偏差，所以就使得電極厚度、重量均一性較差，而且在制備電極的過程中必須使用合適的粘結劑來完成電極的制備，這樣就減少了正負極活性物質的用量，因此由現有的電池電極制作方法制得的電極組成的電池的比容量較低、循環性能較差。
發明內容本發明的目的是為了克服由現有的電池電極制作方法制得的電極組成的電池的比容量較低、循環性能較差的缺點，提供一種電池電極的制備方法，由該方法制得的電極組成的電池的比容量高、循環性能好。本發明的發明人發現，將電極材料分散在分散介質中形成懸浮液，懸浮液中的電極材料顆粒帶有電荷，將直流電源的兩極與懸浮液同時接觸時，在電場力作用下，帶有電荷的電極材料向電源的帶有相反電荷的一極移動。如果將所述電源的帶有相反電荷的一極與電極集流體相連并將該電極集流體放在所述懸浮液中，則可以利用電泳原理，使帶有電荷的電極材料向電極集流體移動并沉積在集流體上，從而制得電極。本發明提供了一種電池電極的制備方法，該方法包括將電極材料負載在電極集流體上，其中，將電極材料負載在電極集流體上的方法包括將電極集流體放在含有電極材料的懸浮液中，電極集流體與直流電源的一極相連，直流電源的另一極與惰性電極相連，該惰性電極放在所述懸浮液中，接通直流電源，將電極材料電泳沉積在電極集流體上。本發明提供的電池電極的制備方法將電極材料電泳沉積在電極集流體上，可以實現以下優點1、電泳沉積的電極材料顆粒之間具有足夠的結合力，無需粘結劑，提高了電極活性物質的敷料量，從而提高電池的比容量；2、通過電泳沉積能夠將電極材料均勻細致地負載在電極集流體上，制得的電極極片的厚度均一，從而提高電池的循環性能；3、本發明的方法無需壓片，步驟簡單、節省時間，可通過控制電源電壓和電泳時間方便地控制負載在集流體上的電極材料層的厚度。具體實施方式本發明提供的電池電極的制備方法包括將電極材料負載在電極集流體上，其中，將電極材料負載在電極集流體上的方法包括將電極集流體放在含有電極材料的懸浮液中，電極集流體與直流電源的一極相連，直流電源的另一極與惰性電極相連，該惰性電極放在所述懸浮液中，接通直流電源，將電極材料電泳沉積在電極集流體上。可以根據所要負載的電極材料的量來調節直流電源的電壓和電泳時間。所述直流電源的電壓可以為10-3000伏，優選為20-2000伏。電泳的時間可以為5-60分鐘，優選為10-30分鐘。電泳的溫度可以為25-80。C，優選為40-70。C。在電泳過程中，優選使直流電源的電壓保持恒定，這樣可以使沉積在電極集流體上的電極材料更加均一。可以使用常規的各種穩壓器使直流電源的電壓保持恒定。所述穩壓器可以商購得到，例如臺灣艾德克斯公司生產的6800型號穩壓器。所述惰性電極可以為常規的電泳用惰性電極，優選為平板石墨電極或鉑電極。本發明制備的電極的極片厚度可以為其常規厚度，優選為40-300微米。所述懸浮液含有電極材料和分散介質，可以通過將電極材料加入到分散介質中而制得。以IOO重量份的分散介質為基準，電極材料的加入量可以為0.1-50重量份，優選為2-35重量份，更優選為5-20重量份。在形成懸浮液的過程中，可以使用超聲波振蕩或磁力攪拌使電極材料分散地更加均勻。所述超聲波振蕩和磁力攪拌的方法已為本領域技術人員所公知，在此不再贅述。所述電極材料的平均粒子直徑可以為其常規的平均粒子直徑，優選為5-50微米，更優選為5-20微米。所述分散介質可以為任何能夠將電極材料分散其中的分散介質，例如，所述分散介質可以選自水、醇、腈、呋喃、醛、有機羧酸酯和酮中的一種或幾種。所述醇可以為碳原子數為1-10的醇，優選為碳原子數為1-6的醇。所述醇可以為一元醇或多元醇。在本發明中，所述醇的例子包括但不限于甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇、戊醇、新戊醇、己醇、環己醇、乙二醇和丙三醇。所述呋喃優選為四氫呋喃。所述腈優選為乙腈。所述醛可以為碳原子數為2-10的醛，優選為碳原子數為2-6的醛。所述有機羧酸酯可以為碳原子數為2-10的有機羧酸，優選為碳原子數為2-6的有機羧酸。所述酮可以為碳原子數為3-10的酮或N-甲基吡咯烷酮(NMP)，優選為碳原子數為3-6的酮或NMP。所述分散介質優選為水、異丙醇、乙醇和NMP中的一種或幾種。電泳之后，還可以對電極洗滌并干燥。洗滌的方法可以為用水沖洗電極，直至沖洗液呈中性為止。所述干燥可以為常規的干燥方法，如自然干燥、加熱干燥、鼓風干燥或真空干燥，優選在50-200。C下干燥，更優選在80-180"下干燥。本發明提供的電池電極制備方法適用于制備各種電池的電極，例如，鋰離子電池的正負極、堿性二次電池的正負極，只需用相應的電極材料形成所述懸浮液并使用相應的電極集流體即可。例如，制備鋰離子電池正極時，所述電極材料為鋰離子電池的正極材料，該正極材料包括正極活性物質。所述鋰離子正極活性物質的種類已為本領域技術人員所公知，例如，所述正極活性物質可以為鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和鎳酸鋰中的一種或幾種。所述正極材料還可以包括導電劑，導電劑的量為正極活性物質的0-15重量％，優選為1-10重量％。導電劑的種類己為本領域技術人員所公知，例如，可以為導電碳黑、超導碳黑、導電石墨和乙炔黑中的一種或幾種。將所述正極材料加入到分散介質中形成懸浮液。所述懸浮液的pH值優選為0.3-6.5，更優選為0.5-2。可以通過常規的方法將懸浮液的pH值調至上述范圍，例如，在懸浮液中加入鹽酸。所述電極集流體為鋰離子電池正極集流體，所述鋰離子電池正極集流體已為本領域技術人員所公知。本發明中，所述鋰離子電池正極集流體優選為銅箔或鋁箔，更優選為鋁箔。將鋰離子電池正極集流體放入所述懸浮液中并與直流電源的負極相連，直流電源的正極與惰性電極相連。所述直流電源的電壓優選為10-400伏，更優選為20-300伏。制得的鋰離子電池正極的極片厚度優選為70-300微米，更優選為70-100微米。制備鋰離子電池負極時，所述電極材料為鋰離子電池的負極材料，該負極材料包括負極活性物質。所述鋰離子負極活性物質的種類已為本領域技術人員所公知，例如，所述負極活性物質可以為天然石墨、人造石墨、石油焦、有機裂解碳、中間相碳微球、碳纖維、錫合金、硅合金中的一種或幾種，優選人工石墨。所述負極材料還可以包括導電劑，導電劑的量為負極活性物質的0-15重量％，優選為1-10重量％。導電劑的種類己為本領域技術人員所公知，例如，可以為導電碳黑、超導碳黑、導電石墨和乙炔黑中的一種或幾種。將所述負極材料加入到分散介質中形成懸浮液。所述懸浮液的pH值優選為0.5-6.5，更優選為3-4。可以通過常規的方法將懸浮液的pH值調至上述范圍，例如，在懸浮液中加入鹽酸。所述電極集流體為鋰離子電池負極集流體，所述鋰離子電池負極集流體已為本領域技術人員所公知。本發明中，所述鋰離子電池負極集流體優選為銅箔或鋁箔，更優選為銅箔。將鋰離子電池負極集流體放入所述懸浮液中并與直流電源的正極相連，直流電源的負極與惰性電極相連。所述直流電源的電壓優選為400-3000伏，更優選為500-2000伏。制得的鋰離子電池正極的極片厚度優選為40-70微米。下面通過實施例來更詳細地描述本發明。實施例1該實施例用于說明本發明提供的電池電極的制備方法。將15重量份LiCo02粉末(平均粒子直徑為8微米)加入到100重量份異丙醇中，以2000轉/分鐘攪拌30分鐘，形成懸浮液，滴加鹽酸將懸浮液的pH值調至1。將懸浮液轉移到電解槽中，水浴溫度控制在5(TC，將石墨電極和鋁箔(長度為89.0毫米，寬度為38.5毫米，厚度為0.016毫米)分別放入裝有懸浮液的電解槽中。將石墨電極與直流電源的正極相連，鋁箔與直流電源的負極相連，使電源的電壓穩定在200伏，接通電源開始電泳。電泳10分鐘后，取出負載有LiCo02的鋁箔，用水洗滌至洗滌液呈中性，然后在8(TC下烘干，得到正極Al，正極Al的極片厚度為0.090毫米。正極Al含有1.220克LiCo02。實施例2該實施例用于說明本發明提供的電池電極的制備方法。將5重量份LiCo02粉末(平均粒子直徑為10微米)加入到100重量份乙腈中，以2000轉/分鐘攪拌30分鐘，形成懸浮液，滴加鹽酸將懸浮液的pH值調至0.5。將懸浮液轉移到電解槽中，水浴溫度控制在4(TC，將鉑電極和鋁箔(長度為89.0毫米，寬度為38.5毫米，厚度為0.016毫米)分別放入裝有懸浮液的電解槽中。將鉑電極與直流電源的正相連，鋁箔與直流電源的負極相連，使電源的電壓穩定在50伏，接通電源開始電泳。電泳30分鐘后，取出負載有LiCo02的鋁箔，用水洗滌至洗滌液呈中性，然后在8(TC下烘干，得到正極A2，正極A2的極片厚度為0.085毫米。正極A2含有1.125克LiCo02。實施例3該實施例用于說明本發明提供的電池電極的制備方法。將10重量份石墨粉末(平均粒子直徑為25微米)加入到100重量份NMP中，以2000轉/分鐘攪拌30分鐘，形成懸浮液，滴加鹽酸將懸浮液的pH值調至3。將懸浮液轉移到電解槽中，水浴溫度控制在80°C，將石墨電極和銅箔(長度為91.0毫米，寬度為40.5毫米，厚度為0.010毫米)分別放入裝有懸浮液的電解槽中。將石墨電極與直流電源的負極相連，銅箔與直流電源的正極相連，使電源的電壓穩定在500伏，接通電源開始電泳。電泳10分鐘后，取出負載有石墨的銅箔，用水洗滌至洗滌液呈中性，然后在8(TC下烘干，得到負極B1，負極B1的極片厚度為0.105毫米。負極B1含有0.630克石墨。實施例4該實施例用于說明本發明提供的電池電極的制備方法。將4重量份石墨(平均粒子直徑為25微米)加入到50重量份乙醇和50重量份水的混合物中，以2000轉/分鐘攪拌30分鐘，形成懸浮液，滴加鹽酸將懸浮液的pH值調至4。將懸浮液轉移到電解槽中，水浴溫度控制在7(TC，將鉑電極和銅箔(長度為91.0毫米，寬度為40.5毫米，厚度為0.010毫米)分別放入裝有懸浮液的電解槽中。將鉑電極與直流電源的負極相連，銅箔與直流電源的正極相連，使電源的電壓穩定在IOOO伏，接通電源開始電泳。電泳15分鐘后，取出負載有石墨的銅箔，用水洗滌至洗滌液呈中性，然后在8(TC下烘干，得到負極B2，負極B2的極片厚度為0.095毫米。負極B2含有0.565克石墨。對比例1該對比例用于說明現有的電池電極的制備方法。將正極材料(100重量份正極活性物質LiCo02，4重量份粘接劑聚偏二氟乙烯，4重量份導電劑乙炔黑)和40重量份溶劑NMP混合均勻，制得正極漿料，將該正極漿料均勻涂布在鋁箔(長度為89.0毫米，寬度為38.5毫米，厚度為0.016毫米)表面，干燥、壓片，得到正極極片CA1。其中該正極極片含有1.342克正極活性物質LiCo02。對比例2該對比例用于說明現有的電池電極的制備方法。將負極材料(IOO重量份石墨，5重量份粘合劑聚四氟乙烯)和40重量份溶劑NMP混合均勻，制得負極漿料，將該負極漿料均勻涂布在銅箔(長度為91.0毫米，寬度為40.5毫米，厚度為0.010毫米)表面，干燥、壓片，得到負極極片CB1。其中該負極極片含有0.670克石墨。實施例5-8實施例5-8分別用于說明由實施例1和2制得的正極與實施例3和4制得的負極組裝的鋰離子電池的性能。按照下述方法，使用實施例1和2制得的正極與實施例3和4制得的負極，分別組裝成鋰離子電池Dl至D4:將正極、負極與聚丙烯膜巻繞成一個方型鋰離子電池的極芯，然后將非水電解液以3.8g/Ah的量注入電池殼中，密封，制成鋰離子電池。該電解液含有1摩爾/升LiPF6，溶劑為重量比為30:34:11:12的碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯和碳酸二甲酯的混合物。在BK-6016AR柜(廣州藍奇電子實業有限公司)上按照如下方法測定上述得到的電池Dl至D4的比容量和循環性能。比容量以0.1C的電流從4.2V首次放電至3.0V的放電容量與正極活性物質或負極活性物質的質量的比值；循環性能在25。C下，以10毫安的恒電流將電池充電至2.5伏，然后以10毫安的恒電流將電池放電至0.005伏，記錄循環充放電n次后電池的容量，以該容量與電池初始容量的百分比值作為容量剩余率來表示電池的循環性能，容量剩余率越高說明電池的循環性能約好。測定結果如表1所示。對比例3該對比例用于說明由對比例1制得的正極與對比例2制得的負極組裝的鋰離子電池的性能。按照與實施例5-8相同的方法，將對比例1的正極與對比例2的負極組裝成鋰離子電池CD1。按照與實施例5-8相同的方法測定鋰離子電池CD1的比容量和循環性能。結果如表1所示。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>從表1所示的測定結果可以看出，實施例5-8的電池Dl-4的比容量明顯高于對比例3的電池CD1，電池Dl-4循環50次和300次后的容量剩余率也明顯高于電池CD1，說明本發明提供的電池電極制備方法得到的電極能夠顯著提高電池的比容量并顯著改善電池的循環性能。權利要求1.一種電池電極的制備方法，該方法包括將電極材料負載在電極集流體上，其特征在于，將電極材料負載在電極集流體上的方法包括將電極集流體放在含有電極材料的懸浮液中，電極集流體與直流電源的一極相連，直流電源的另一極與惰性電極相連，該惰性電極放在所述懸浮液中，接通直流電源，將電極材料電泳沉積在電極集流體上。2、根據權利要求1所述的方法，其中，所述直流電源的電壓為10-3000伏，電泳的時間為5-60分鐘，電泳的溫度為25-80°C。3、根據權利要求2所述的方法，其中，所述直流電源的電壓為20-2000伏，電泳的時間為10-30分鐘，電泳的溫度為40-70°C。4、根據權利要求1所述的方法，其中，所述懸浮液含有電極材料和分散介質，以100重量份的分散介質為基準，電極材料的含量為0.1-50重量份；所述分散介質選自水、醇、腈、呋喃、醛、有機羧酸酯和酮中的一種或幾種。5、根據權利要求1或4所述的方法，其中，所述電極材料的平均粒子直徑為5-50微米。6、根據權利要求4所述的方法，其中，所述分散介質為水、異丙醇、乙醇和N-甲基吡咯烷酮中的一種或幾種。7、根據權利要求1所述的方法，其中，所述電極材料為鋰離子電池的正極材料，所述電極集流體為鋰離子電池正極集流體，鋰離子電池正極集流體與所述直流電源的負極相連，直流電源的正極與所述惰性電極相連。8、根據權利要求7所述的方法，其中，所述直流電源的電壓為10-400伏，所述懸浮液的pH值為0.5-2，所述鋰離子電池正極集流體為鋁箔。9、根據權利要求1所述的方法，其中，所述電極材料為鋰離子電池的負極材料，所述電極集流體為鋰離子電池負極集流體，鋰離子電池負極集流體與所述直流電源的正極相連，直流電源的負極與所述惰性電極相連。10、根據權利要求9所述的方法，其中，所述直流電源的電壓為400-3000伏，所述懸浮液的pH值為3-4，所述鋰離子電池負極集流體為銅箔。全文摘要一種電池電極的制備方法包括將電極材料負載在電極集流體上，其中，將電極材料負載在電極集流體上的方法包括將電極集流體放在含有電極材料的懸浮液中，電極集流體與直流電源的一極相連，直流電源的另一極與惰性電極相連，該惰性電極放在所述懸浮液中，接通直流電源，將電極材料電泳沉積在電極集流體上。本發明提供的電池電極的制備方法將電極材料電泳沉積在電極集流體上，可以提高電池的比容量和循環性能。文檔編號C25D13/18GK101210339SQ20061016733公開日2008年7月2日申請日期2006年12月27日優先權日2006年12月27日發明者晞沈,赟王,磊韓申請人:上海比亞迪有限公司