第38卷 第1期2008年 2月电 池
BATTERY BIMONTHLYVol138,No11
Feb1,2008
黏结剂对锂离子电池性能的影响
张胜利1,马利华2,陈小娜1,傅鹏立1
(11郑州轻工业学院材料与化学工程学院,河南郑州 450002;21郑州轻工业学院现代教育技术中心,河南郑州 450002)摘要:对比研究了明胶、PVA和PVDF黏结剂对锂离子电池性能的影响。充放电测试表明:采用明胶和PVA黏结剂制备的电池,在循环过程中比容量都出现上升的趋势。以10%明胶为黏结剂的电池,首次放电比容量为11715mAh/g,
19次循环后,放电比容量增至13617mAh/g。关键词:锂离子电池; 正极; 黏结剂; 明胶; 循环性能
中图分类号:TM91219 文献标识码:A 文章编号:1001-1579(2008)01-0048-02
InfluenceofbinderontheperformanceofLi2ionbattery
ZHANGSheng2li1,MALi2hua2,CHENXiao2na1,FUPeng2li1
(11CollegeofMaterialandChemicalEngineering,ZhengzhouUniversityofLightIndustry,Zhengzhou,Henan450002,China;21ModernEducationTechnologyCenter,ZhengzhouUniversityofLightIndustry,Zhengzhou,Henan450002,China)
Abstract:Theinfluencesoftheglutin,PVAandPVDFbindersontheperformanceofLi2ionbatterywerestudied1The
charge2dischargetestshowedthatthespecificcapacitiesofthebatterieswithPVAandglutinasbindershadrisingtrendduringthecycling1Theinitialspecificdischargecapacityofthebatterywith10%glutinasbinderwas11715mAh/g,andthespecificdischargecapacityincreasedto13617mAh/gafter19cycles1
Keywords:Li2ionbattery; cathode; binder; glutin; cycleperformance
目前,在工业生产中,普遍采用聚偏氟乙烯(PVDF)作为
锂离子电池正极的黏结剂[1],N2甲基吡咯烷酮(NMP)作为分散剂。NMP存在价格昂贵、污染环境、回收困难等缺点,用水代替NMP,可以降低电池的成本,消除NMP对环境的污染,降低对涂布设备的要求。
本文作者在R1Dominko等[2]研究的基础上,将明胶用于锂离子电池黏结剂的技术加以改进,将聚乙烯醇(PVA)黏结剂用于锂离子电池。
PVA电极:LiMn2O4、乙炔黑、PVA(湖南产,AR)质量比
1 实验
111 电池的制作
PVDF电极:LiMn2O4(新乡产,工业级)、乙炔黑(湖南
产,AR)、PVDF质量比为80∶10∶10,以PVDF(上海产,工业
为86∶11∶3,以PVA为黏结剂、蒸馏水为溶剂,制备电极。
明胶电极:LiMn2O4、乙炔黑、明胶质量比为80∶10∶10,以明胶(湖南产,AR)为黏结剂、蒸馏水为溶剂,制备电极。
将3种正极在110℃真空干燥箱中干燥10h,在10MPa的压力下成型,以金属锂片为对电极和参比电极,Celgard2300为隔膜(美国产),1mol/LLiPF6/EC+DEC(体积比1∶1)为电解液,在氩气气氛下,组装实验电池(高为5cm,外径为5cm,内径为2cm)。112 性能研究将正极放在90°直角板上进行弯折,直到正极上的物质开始脱落后,停止弯折,并记录次数。采用HitachiS23000N扫描电子显微镜(日本产)观察3种正极的表观形貌。把组装好的电池静置后,用CT230088电池性能测试仪(深圳产),以011C活化2次循环,012C进行恒流充放电测试。
级)为黏结剂、NMP(湖南产,AR)为溶剂,制备电极。作者简介:
张胜利(1956-),女,江苏人,郑州轻工业学院材料与化学工程学院教授,研究方向:电化学,本文联系人;马利华(1955-),男,山东人,郑州轻工业学院现代教育技术中心实验师,研究方向:机电实验工艺;陈小娜(1982-),女,河南人,郑州轻工业学院材料与化学工程学院硕士生,研究方向:电化学;
傅鹏立(1972-),男,湖北人,郑州轻工业学院材料与化学工程学院讲师,研究方向:应用化学。基金项目:河南省科技攻关项目(0424210024)
第1期
张胜利,等:黏结剂对锂离子电池性能的影响
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2 结果与讨论
211 弯折试验分析
PVDF电极、PVA电极和明胶电极的弯折次数分别为13次、8次和17次。明胶黏结剂的弯折次数最多,说明明胶
与电极材料及基体结合得最牢固,黏结性能最好。
212 表观形貌分析
不同电极的SEM图见图1。
图1 不同电极的SEM图
Fig11 SEMphotographsofdifferentelectrodes从图1b可知,PVA电极中的颗粒比较散乱,大小颗粒明显没有被固定住,而PVDF电极和明胶电极中的物质颗粒都能被很好地固定。从图1c可知:10MPa的压力使明胶电极的部分活性物质的密度过实,这不利于活性物质与电解液的
接触;另一方面,与PVA电极和PVDF电极(图1a)的颗粒实心状表观相比,明胶电极的表观呈蓬松的多孔状,无数的小孔有利于活性物质与电解液的接触[3]。
213 电化学性能分析
将模拟电池在011C下活化两次后,以012C充放电循环19次。图2为电池的充放电曲线和循环性能曲线。从图2c可知,PVDF电池的首次放电比容量为12415mAh/g,20次循环后的容量衰减率为818%。PVA电池的首次放电比容量为11718mAh/g,第3次循环到第17次循环的容量衰减率为117%。PVA电池18次循环后的放电比容量有上升趋势,这与制备电极材料过程中,活性材料和导电粒子被PVA包覆有关。
由于PVA电极材料和明胶电极材料的制备方法相似,
PVA和明胶对活性材料和导电粒子的作用原理相似,电极
的循环性能表现出相似的特点。明胶电池的首次放电比容量为11715mAh/g,19次循环后,放电比容量增至13617
mAh/g。这可能是由以下原因引起的:
a1在前几次的充放电过程中,10%的明胶黏结剂阻隔了
图2 不同电极电池的充放电曲线和循环性能曲线
Fig12 Charge2dischargeandcycleperformancecurvesof
batterieswithdifferentelectrodes
b1明胶的黏结性能较好,明胶电极的表观呈蓬松的多孔状,有利于活性材料与电解液的接触和电化学反应的发生。以10%明胶为黏结剂的电池的首次放电比容量为11715mAh/g,19次循环后增至13617mAh/g;与PVDF相比,明胶能提高电池的循环比容量,是一种有应用价值的黏结剂。参考文献:
[1] LIUBo2wen(刘伯文),WANGXin2dong(王新东)1锂离子电池电
锁链状导电粒子之间的接触,使自由电子的定向运动受阻碍,当充放电数次后,导电粒子间的电子路径得以畅通[4],减
小了反应的电化学极化;
b1随着充放电的进行,电解液与蓬松多孔状的电极材
解液的研究[J]1BatteryBimonthly(电池),2005,35(2):87-881
[2] DominkoR,GaberekM,DrofenikJ,etal1Theroleofcarbon
blackdistributionincathodesforLiionbatteries[J]1JPowerSources,2003,119-121:770-7731
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sheng(张刚升),etal1电子电器用胶黏剂[M]1Beijing(北京):ChemicalIndustryPress(化学工业出版社),20031275-2761
料润湿得更加充分,较大的接触面积更有利于锂离子的扩散,使原来密实部分的电极材料也能够与电解液充分润湿,增大了电池的放电比容量。
3 结论
a1将PVA黏结剂引入锂离子电池正极,电池的首次放
电比容量为11718mAh/g,容量保持率较高;PVA黏结剂的含量只有3%,有利于电池能量密度的提高,但黏结性能不佳,有待进一步探索。
收稿日期:2007-09-10
