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CN105489882A - 正极极片及其制备方法、锂离子电池 - Google Patents

正极极片及其制备方法、锂离子电池 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种正极极片以及制备方法、锂离子电池，制备方法包括以下步骤：S1：将三元材料和锰酸锂进行预混合制成正极活性材料；S2：将正极活性材料与粘结剂、导电剂和有机溶剂进行混合打浆，制成稳定的浆料；S3：在浆料中加入一定量的碳酸锂：S4：将浆料涂布在铝箔带上，并进行烘干、辊压和切片，制成正极极片。本发明制备的正极极片，改进了锂离子电池的高温性能和循环稳定性，大大降低了材料的成本费用，缩短了正极材料与粘结剂及导电剂的融合时间，提高了生产效率。在浆料中加入适量碳酸锂可有效抑制电池在循环过程中电解液的分解，同时可使固体电解质相界面膜具有更好的黏弹性，有利于锂离子的嵌入，改善了电池的电化学性能和安全性能。

Description

正极极片及其制备方法、锂离子电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种正极极片及其制备方法，包含该正极极片的锂离子电池。
背景技术
锂离子电池具有比容量高、工作电压高、工作温度范围宽、自放电率低、循环寿命长、无记忆效应、无污染、质量轻、安全性能好等优点，因而广泛应用于手机、数码相机、笔记本电脑等移动设备。随着科技的发展，各种采用锂离子电池的数码产品更新升级速度很快，产品大都趋于便携化、经济化，这就要求锂离子电池产品要向高能量密度方向发展，近年来以价格昂贵的钴酸锂正极材料为主的锂电池厂家已经很难降低成本，因此很有必要寻找一种能量密度高、电性能良好同时具有低成本的正极材料。
目前锂离子正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂和镍钴锰三元材料。其中，镍钴锰三元材料因其由于过渡金属间的协同效应，兼具了锰酸锂LiMn2O4的高安全性和低成本，钴酸锂LiCoO2的良好的循环性能，镍酸锂LiNiO2高比容量的优点，同时避免了它们的缺点，电化学性能优于任一单组分氧化物，被认为是最有应用前景的正极材料，也被认为是适用于锂电池电动车正极材料的理想选择。
但三元材料也有其自身的缺点，材料本身的电导率较差，会导致其倍率性能不理想，此外在较高的充放电电压下材料的循环性能差，以及材料的不可逆性差，最终影响以三元材料为正极材料的锂离子电池充放电效率。这些材料自身存在的明显不足，都制约了三元材料的使用范围和进一步应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提供一种高效率的正极极片制备方法、高性能的正极极片及锂离子电池。
为此目的，本发明提出了一种正极极片的制备方法，包括以下步骤：
S1：将三元材料和锰酸锂进行预混合制成正极活性材料；
S2：将所述正极活性材料与粘结剂、导电剂和有机溶剂进行混合打浆，制成稳定的浆料；
S3：在所述的浆料中加入预设质量的碳酸锂；
S4：将所述S3得到的浆料涂布在铝箔带上，并进行烘干、辊压和切片，制成正极极片。
其中较优地，在步骤S1之前还包括：将所述三元材料和锰酸锂进行烘干。
其中较优地，所述三元材料和锰酸锂的烘干温度为120℃-200℃，预混合时间为2h-10h。
其中较优地，所述正极材料、粘结剂、导电剂构成溶质，其中，所述正极活性材料的质量占所述溶质的质量的75％-85％，所述粘结剂的质量占所述溶质的质量的1％-10％，所述导电剂的质量占所述溶质的质量的1％-10％；
其中，所述溶质溶解在所述有机溶剂中，所述有机溶剂的质量占所述浆料的质量的40％-63％；
所述加入预设质量的碳酸锂的质量是所述溶质的质量的1％-10％。
其中较优地，所述三元材料和锰酸锂的质量比为2:8-8:2；所述三元材料为LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2，所述锰酸锂为LiMn2O4。
另一方面，本发明还提供了一种正极极片，包括：正极活性材料、粘结剂、导电剂和碳酸锂；其中，所述正极活性材料的质量占所述正极活性材料、粘结剂和导电剂的总质量的75％-85％，所述粘结剂的质量占所述正极活性材料、粘结剂和导电剂的总质量的1％-10％，所述导电剂的质量占所述正极活性材料、粘结剂和导电剂的总质量的1％-10％；所述正极活性材料为三元材料和锰酸锂的混合材料，所述三元材料和锰酸锂的质量比为2:8-8:2；所述碳酸锂的质量是所述正极活性材料、粘结剂和导电剂的总质量的1％-10％。
其中较优地，所述三元材料为LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2，所述锰酸锂为LiMn2O4。
其中较优地，所述导电剂为导电石墨、导电碳黑、碳纤维和碳纳米管中的一种或多种。
其中较优地，所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮，所述粘结剂为聚偏氟乙烯。
另一方面，本发明还提供了一种包括上述任意一种正极极片的锂离子电池。
通过采用本发明所提供的正极极片，改进了原有单一三元材料作为正极材料时的动力锂离子电池的高温性能和循环稳定性。锰酸锂材料的价格仅为三元材料价格的1/4，大大降低了材料的成本费用。另外，使用本发明中所提供的正极极片的制备方法，即先将三元材料与锰酸锂进行预混合，缩短了正极材料与粘结剂及导电剂的融合时间，降低了浆料的整体制备时间，缩短了正极极片的制备周期，便于大批量、连续化生产，提高了生产效率，从而进一步提高了经济效益。碳酸锂具有良好的热稳定性、化学稳定性、导锂性，且不易吸潮，在浆料中加入一定量的碳酸锂可有效抑制电池在循环过程中电解液的分解，同时可使固体电解质相界面膜(SEI膜)具有更好的黏弹性，有利于锂离子的嵌入，有效的改善了电池的电化学性能和安全性能。使用上述正极极片所制备的动力锂离子电池与三元锂离子动力电池相比具有更优的高温性能和循环性能。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1示出了本发明正极极片的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。
实施例1
如图1所示，本发明提供了一种正极极片的制备方法，包括以下步骤：S1：将三元材料和锰酸锂进行预混合制成正极活性材料；S2：将所述正极活性材料与粘结剂、导电剂和有机溶剂进行混合打浆，制成稳定的浆料；S3：在所述的浆料中加入预设质量的碳酸锂，S4：将所述S3得到的浆料涂布在铝箔带上，并进行烘干、辊压、切片，制成正极极片。其中较优的，在步骤S1之前还包括：将所述三元材料和锰酸锂进行烘干，制成干粉后再进行混合，能够使混合更加均匀。其中，可以在真空条件下干燥后采用物理方法将三元材料和锰酸锂进行混合。其中较优的，三元材料和锰酸锂的烘干温度为120℃-200℃，预混合时间为2h-10h。较优地，所述正极材料、粘结剂、导电剂构成溶质，其中，所述正极活性材料的质量占所述溶质的质量的75％-85％，所述粘结剂的质量占所述溶质的质量的1％-10％，所述导电剂的质量占所述溶质的质量的1％-10％；其中，所述溶质溶解在所述有机溶剂中，所述有机溶剂的质量占所述浆料的质量的40％-63％；所述加入预设质量的碳酸锂的质量是所述溶质的质量的1％-10％。其中较优地，所述三元材料和锰酸锂的质量比为2:8-8:2；所述三元材料为LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2，所述锰酸锂为LiMn2O4。
实施例2
本发明还提供了一种采用实施例1的制备方法生产的正极极片，浆料在烘干后，有机溶剂蒸发，所以该正极极片包括：正极活性材料、粘结剂、导电剂和碳酸锂；其中，所述正极活性材料的质量占所述正极活性材料、粘结剂和导电剂的总质量的75％-85％，所述粘结剂的质量占所述正极活性材料、粘结剂和导电剂的总质量的1％-10％，所述导电剂的质量占所述正极活性材料、粘结剂和导电剂的总质量的1％-10％；所述正极活性材料为三元材料和锰酸锂的混合材料，所述三元材料和锰酸锂的质量比为2:8-8:2；所述碳酸锂的质量是所述正极活性材料、粘结剂和导电剂的总质量的1％-10％。三元材料和锰酸锂在真空条件下干燥后采用物理方法将其混合。其中较优的，所述三元材料为LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2，所述锰酸锂为LiMn2O4。所述导电剂为导电石墨、导电碳黑、碳纤维和碳纳米管中的一种或多种。所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮，所述粘结剂为聚偏氟乙烯。所述锰酸锂为尖晶石结构，是由相互连通的四面体和八面体组成的三维隧道结构。
实施例3
本发明还提供了一种包含实施例3的正极极片的锂离子电池，动力的锂离子电池包括：壳体、正极、负极、隔膜和电解液，正极可以采用实施例2中提供的正极极片，负极可以是人造石墨或天然石墨，隔膜可以为聚乙烯(PE),电解液可以为三元电解液，锂离子电池的制作过程一般为：正负极配料-正负极制浆-正负极涂布-正负极烘干-正负极辊压-正负极制片-正负极卷绕-封装-烘烤-注浆-化成-真空密封-分容-产品电池。
采用本发明提供的锂离子电池与目前的锂离子电池进行对比试验，目前的锂离子电池的正极采用三元材料，本发明锂离子电池的正极材料采用三元材料：锰酸锂＝8:2混合，负极与目前的锂离子电池一样选用人造石墨，电芯采用卷绕结构，容量为10Ah。本发明提供的锂离子电池与目前的锂离子电池的对比结果见表1。
表1本发明的锂离子电池与目前的锂离子电池的对比结果
从表1可以看出，本发明提供的锂离子电池的循环性能好，在循环1000次后的剩余容量仍能达到96.5％，比目前的锂离子电池的循环性能好很多，并且，在温度较高时的放电容量也能达到85％-93％，比目前的锂离子电池的放电容量高出很多，高温性能提升。可见，本发明提供的锂离子电池改进了原有单一三元材料作为正极材料时的锂离子电池的高温性能和循环稳定性。
通过采用本发明所提供的正极极片，改进了原有单一三元材料做为正极材料时的动力锂离子电池的高温性能和循环稳定性。锰酸锂材料的价格仅为三元材料价格的1/4，大大降低了材料的成本费用。另外，使用本发明中所提供的正极极片的制备方法，即先将三元材料与锰酸锂进行预混合，缩短了正极材料与粘结剂及导电剂的融合时间，降低了浆料的整体制备时间，缩短了正极极片的制备周期，便于大批量、连续化生产，提高了生产效率，从而进一步提高了经济效益。碳酸锂具有良好的热稳定性、化学稳定性、导锂性，且不易吸潮，在浆料中加入一定量的碳酸锂可有效抑制电池在循环过程中电解液的分解，同时可使固体电解质相界面膜(SEI膜)具有更好的黏弹性，有利于锂离子的嵌入，有效的改善了电池的电化学性能和安全性能。使用上述正极极片所制备的动力锂离子电池与三元锂离子动力电池相比具有更优的高温性能和循环性能。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种正极极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将三元材料和锰酸锂进行预混合制成正极活性材料；
S2：将所述正极活性材料与粘结剂、导电剂和有机溶剂进行混合打浆，制成稳定的浆料；
S3：在所述的浆料中加入预设质量的碳酸锂；
S4：将所述S3得到的浆料涂布在铝箔带上，并进行烘干、辊压和切片，制成正极极片。
2.根据权利要求1所述的正极极片的制备方法，其特征在于，在步骤S1之前还包括：将所述三元材料和锰酸锂进行烘干。
3.根据权利要求2所述的正极极片的制备方法，其特征在于，所述三元材料和锰酸锂的烘干温度为120℃-200℃，预混合时间为2h-10h。
4.根据权利要求1所述的正极极片的制备方法，其特征在于，所述正极材料、粘结剂、导电剂构成溶质，其中，所述正极活性材料的质量占所述溶质的质量的75％-85％，所述粘结剂的质量占所述溶质的质量的1％-10％，所述导电剂的质量占所述溶质的质量的1％-10％；
其中，所述溶质溶解在所述有机溶剂中，所述有机溶剂的质量占所述浆料的质量的40％-63％；
所述加入预设质量的碳酸锂的质量是所述溶质的质量的1％-10％。
5.根据权利要求1所述的正极极片的制备方法，其特征在于，所述三元材料和锰酸锂的质量比为2:8-8:2；所述三元材料为LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2，所述锰酸锂为LiMn2O4。
6.一种正极极片，其特征在于，包括：正极活性材料、粘结剂、导电剂和碳酸锂；其中，所述正极活性材料的质量占所述正极活性材料、粘结剂和导电剂的总质量的75％-85％，所述粘结剂的质量占所述正极活性材料、粘结剂和导电剂的总质量的1％-10％，所述导电剂的质量占所述正极活性材料、粘结剂和导电剂的总质量的1％-10％；所述正极活性材料为三元材料和锰酸锂的混合材料，所述三元材料和锰酸锂的质量比为2:8-8:2；所述碳酸锂的质量是所述正极活性材料、粘结剂和导电剂的总质量的1％-10％。
7.根据权利要求6所述的正极极片，其特征在于，所述三元材料为LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2，所述锰酸锂为LiMn2O4。
8.根据权利要求6或7所述的正极极片，其特征在于，所述导电剂为导电石墨、导电碳黑、碳纤维和碳纳米管中的一种或多种。
9.根据权利要求6或7所述的正极极片，其特征在于，所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮，所述粘结剂为聚偏氟乙烯。
10.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求6-9任意一项所述的正极极片。
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