改性富鋰錳基正極活性材料的鋰離子電池制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】改性富鋰錳基正極活性材料的鋰離子電池制備方法和應(yīng)用，它涉及鋰離子電池【技術(shù)領(lǐng)域】，改性富鋰錳基正極活性材料的鋰離子電池正極材料是由質(zhì)量比為86％-95％改性富鋰錳基正極活性材料，3％-6％的粘結(jié)劑、2％-8％的導(dǎo)電劑組成。它的富鋰錳基正極材料制備方法簡單，采用了該正極材料的鋰離子電池具有循環(huán)性能好、高溫容量無衰減，低溫性能好、放電電壓平臺高等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】改性富鋰錳基正極活性材料的鋰離子電池制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及鋰離子電池【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種改性富鋰錳基正極活性材料的鋰離子電池制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】:
[0002]鋰離子電池由于具有比能量高、循環(huán)壽命長、安全性能好、對環(huán)境友好以及無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，在手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼照相機(jī)等領(lǐng)域得到廣泛而快速的應(yīng)用。在化石能源日益枯竭的今天，人們迫切需要一種重量輕、體積小、工作溫度寬、安全性好、價格低、壽命長的動力源，來驅(qū)動車輛。在眾多備選方案中，鋰離子電池收到高度青睞。在鋰電家族中，由于錳酸鋰和磷酸鐵鋰成為主要選擇。但這兩種材料也存在很多缺點(diǎn)，如錳酸鋰電池放電時晶胞體積膨脹，并在正極片表面部分區(qū)域容易發(fā)生過放，造成循環(huán)壽命短，特別是在高溫下容量劇烈衰減，不太適合用在動力電池；磷酸鐵鋰材料低的電子傳導(dǎo)率和低的鋰離子遷移速率導(dǎo)致其電化學(xué)性能不理想，如可逆放電容量低、高倍率無法充放電、低溫性能差及循環(huán)容量衰減，并且磷酸鐵鋰材料制備時批與批之間穩(wěn)定性差，進(jìn)而使用磷酸鐵鋰制備出的電池一致性很差，因而限制了其進(jìn)一步實用化。 [0003]為了克服錳酸鋰循環(huán)性能差、高溫容量損失嚴(yán)重、磷酸鐵鋰電池低溫性能差等缺陷，專利文獻(xiàn)CN 101694876 A公開了一種富鋰錳正極活性材料，其通式為:Li [Li(1-2x)/3Nix-aMyMn(2_x)/3_b] O2 (Μ = Co、Al、T1、Mg、Cu)，其中 O < x ≤ 0.5，當(dāng) M = Co,Al 時，O < y < 2x, a = b = y/2 ;當(dāng) M = Ti 時，0 < y < (2-χ) /3, a = O, b = y;當(dāng) M = Mg、Cu時,0 < y < x, a = y, b = 0。該材料的比表面積為1-1.5m2/g、D50粒徑為11.5±lum、振實密度> 1.5g/cm3、PH為8-12，該富鋰錳材料低溫性能較差、放電電壓平臺較低等缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004]本發(fā)明的目的是提供改性富鋰錳基正極活性材料的鋰離子電池制備方法和應(yīng)用，它的富鋰錳基正極材料制備方法簡單，采用了該正極材料的鋰離子電池具有循環(huán)性能好、高溫容量無衰減，低溫性能好、放電電壓平臺高等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]為了解決【背景技術(shù)】所存在的問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:改性富鋰錳基正極活性材料的鋰離子電池正極材料是由質(zhì)量比為86% -95%改性富鋰錳基正極活性材料，3% -6%的粘結(jié)劑、2% -8%的導(dǎo)電劑組成。
[0006]所述的改性富鋰錳基正極活性材料制備方法為:首先將可溶性鎳、錳、M鹽按照化學(xué)計量比溶于去離子水中，配置成一定濃度的溶液，同時配置堿液溶度為l_8mol/L，氨水摩爾濃度為0.l_4mol/L,然后將三種溶液加入到反應(yīng)爸中攪拌反應(yīng),通過共沉淀、洗漆,然后在80-120°C干燥4-12h得到前驅(qū)體，然后將前驅(qū)體和鋰化合物混合均勻，然后在400-850°C燒結(jié)6-18h，最后研磨得到改性富鋰錳基正極材料。
[0007]所述的化學(xué)計量比為(x_a): [(2-x)/3-b]: y。
[0008]所述的粘結(jié)劑為丙烯酸酯類粘結(jié)劑、丁苯橡膠、羧甲基纖維素鈉、油性體系聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的一種。
[0009]所述的導(dǎo)電劑為導(dǎo)電炭黑、超導(dǎo)炭黑Super-L1、導(dǎo)電石墨KS-6中的一種或者幾種。
[0010]所述的改性富鋰錳基正極活性材料的鋰離子電池的應(yīng)用方法:
[0011](I)、混料:將鋰離子電池正極材料用溶劑混合成固含量為60-75%的正極漿料；稱取質(zhì)量比90% -95%負(fù)極活性材料、3% -6%的粘結(jié)劑和2% -4%的導(dǎo)電劑，用溶劑混合成固含量為40-55%的負(fù)極漿料；
[0012](2)、涂布:將正負(fù)極漿料分別涂在鋁箔和銅箔集流體上，鋁箔集流體厚度為10-30微米，面密度為28-68kg/m3，銅箔集流體厚度為8_16微米，面密度為78_128kg/m3。
[0013](3)、烘烤:烘烤鋁箔和銅箔集流體，烘烤時間為2-10h，溫度為80_100°C。
[0014](4)、輥壓:將烘干的集流體輥壓成80-180微米的厚度；
[0015](5)、裝配:將輥壓后的集流體裁成電池大小的極片，然后組裝成電芯，烘烤20-50h ；
[0016](6)、注液:將烘烤后的電芯按照5.0-6.5g/Ah電解液注液，電解液為低溫型功能電解液。
[0017](7)、化成分容:將注液后的電芯小電流化成，然后分容。
[0018]所述的混料中的負(fù)極活性材料為天然石墨、人造石墨和MCMB中的一種；粘結(jié)劑為水性粘結(jié)劑、丁苯橡膠、羧甲基纖維素鈉或者油性體系聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的一種，導(dǎo)電劑為導(dǎo)電炭黑、Super-L1、KS-6中的一種或者幾種，溶劑是N-甲基吡咯烷酮或去離子水。
[0019]本發(fā)明具有以下有益效果:它的富鋰錳基正極材料制備方法簡單，采用了該正極材料的鋰離子電池具有循環(huán)性能好、高溫容量無衰減，低溫性能好、放電電壓平臺高等優(yōu)點(diǎn)。
【具體實施方式】:
[0020]本【具體實施方式】采取以下技術(shù)方案:改性富鋰錳基正極活性材料的鋰離子電池正極材料是由質(zhì)量比為86% -95%改性富鋰錳基正極活性材料，3% -6%的粘結(jié)劑、2% -8%的導(dǎo)電劑組成。
[0021]所述的改性富鋰錳基正極活性材料制備方法為:首先將可溶性鎳、錳、M鹽按照化學(xué)計量比溶于去離子水中，配置成一定濃度的溶液，同時配置堿液溶度為l_8mol/L，氨水摩爾濃度為0.l_4mol/L,然后將三種溶液加入到反應(yīng)爸中攪拌反應(yīng),通過共沉淀、洗漆,然后在80-120°C干燥4-12h得到前驅(qū)體，然后將前驅(qū)體和鋰化合物混合均勻，然后在400-850°C燒結(jié)6-18h，最后研磨得到改性富鋰錳基正極材料。
[0022]所述的化學(xué)計量比為(x-a): [(2-x)/3-b]: y。
[0023]所述的粘結(jié)劑為丙烯酸酯類粘結(jié)劑、丁苯橡膠、羧甲基纖維素鈉、油性體系聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的一種。
[0024]所述的導(dǎo)電劑為導(dǎo)電炭黑、超導(dǎo)炭黑Super-L1、導(dǎo)電石墨KS-6中的一種或者幾種。
[0025]所述的改性富鋰錳基正極活性材料的鋰離子電池的應(yīng)用方法:[0026](I)、混料:將鋰離子電池正極材料用溶劑混合成固含量為60-75%的正極漿料；稱取質(zhì)量比90% -95%負(fù)極活性材料、3% -6%的粘結(jié)劑和2% -4%的導(dǎo)電劑，用溶劑混合成固含量為40-55%的負(fù)極漿料；
[0027](2)、涂布:將正負(fù)極漿料分別涂在鋁箔和銅箔集流體上，鋁箔集流體厚度為10-30微米，面密度為28-68kg/m3，銅箔集流體厚度為8_16微米，面密度為78_128kg/m3。
[0028](3)、烘烤:烘烤鋁箔和銅箔集流體，烘烤時間為2-10h，溫度為80_100°C。
[0029](4)、輥壓:將烘干的集流體輥壓成80-180微米的厚度；
[0030](5)、裝配:將輥壓后的集流體裁成電池大小的極片，然后組裝成電芯，烘烤20-50h ；
[0031](6)、注液:將烘烤后的電芯按照5.0-6.5g/Ah電解液注液，電解液為低溫型功能電解液。
[0032](7)、化成分容:將注液后的電芯小電流化成，然后分容。
[0033]所述的混料中的負(fù)極活性材料為天然石墨、人造石墨和MCMB中的一種；粘結(jié)劑為水性粘結(jié)劑、丁苯橡膠、羧甲基纖維素鈉或者油性體系聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的一種，導(dǎo)電劑為導(dǎo)電炭黑、Super-L1、KS-6中的一種或者幾種，溶劑是N-甲基吡咯烷酮或去離子水。
[0034]本【具體實施方式】具有以下有益效果:它的富鋰錳基正極材料制備方法簡單，采用了該正極材料的鋰離子電池具有循環(huán)性能好、高溫容量無衰減，低溫性能好、放電電壓平臺聞等優(yōu)點(diǎn)。
[0035]改性富鋰錳基正極活性材料的鋰離子電池正極材料實施例1、鋰離子電池正極材料由86重量份改性富鋰錳基正極活性材料、6重量份水性粘結(jié)劑羥甲基纖維素鈉CMC、5重量份導(dǎo)電劑導(dǎo)電炭黑組成。
[0036]改性富鋰錳基正極活性材料制備方法制實施例1:首先將可溶性硫酸鎳鎳、硫酸錳錳、M鹽按照(x-a):[(2-x)/3-b]:y化學(xué)計量比溶于去離子水中，配置成一定濃度的溶液，同時配置堿液溶度為l_8mol/L,氨水摩爾濃度為0.l_4mol/L,然后將三種溶液加入到反應(yīng)釜中攪拌反應(yīng)，通過共沉淀、洗滌，然后在80-12(TC干燥4-12h得至前驅(qū)體[Ni (x-a/(x+ (2-x) /3My/ (x+ (2-x) /3Mn ((2-x/3-b) / (x+ (2-x) /3)]，然后將前驅(qū)體和鋰化合物混合均勻，然后在 400-850°C燒結(jié) 6-18h，最后研磨得到 Li [Li (l_2x) /3Nix-aMyMn (2-χ) /3_b] 02 富鋰錳基正極材料。
[0037]所述的改性富鋰錳基正極活性材料的鋰離子電池的應(yīng)用實施例1: (I)、混料:將鋰離子電池正極材料用N-甲基吡咯烷酮混合成固含量為60%的正極漿料；稱取95重量份中間相碳微球、3重量份粘結(jié)劑聚四氟乙烯和重量4份導(dǎo)電劑導(dǎo)電炭黑，用/水混合成固含量為55%的負(fù)極漿料；
[0038](2)、涂布:將正負(fù)極漿料分別涂在厚度為10微米，面密度為68kg/m3鋁箔和厚度為8微米，面密度為128kg/m3銅箔集流體上；
[0039](3)、烘烤:烘烤鋁箔和銅箔集流體，使?jié){料中的溶劑充分揮發(fā)；
[0040](4)、輥壓:將烘干的集流體輥壓成80微米的厚度；
[0041](5)、裝配:將輥壓后的集流體裁成電池大小的極片，然后組裝成電芯，烘烤50h ；
[0042](6)、注液:將烘烤后的電芯按照5.0g/Ah電解液注液，電解液為低溫型功能電解液。
[0043](7)、化成分容:將注液后的電芯小電流化成，然后分容。
【權(quán)利要求】
1.改性富鋰錳基正極活性材料的鋰離子電池制備方法和應(yīng)用，其特征在于改性富鋰錳基正極活性材料的鋰離子電池正極材料是由質(zhì)量比為86% -95%改性富鋰錳基正極活性材料，3% -6%的粘結(jié)劑、2% -8%的導(dǎo)電劑組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性富鋰錳基正極活性材料的鋰離子電池制備方法和應(yīng)用，其特征在于所述的改性富鋰錳基正極活性材料制備方法為:首先將可溶性鎳、錳、M鹽按照化學(xué)計量比溶于去離子水中，配置成一定濃度的溶液，同時配置堿液溶度為l_8mol/L，氨水摩爾濃度為0.l_4mol/L，然后將三種溶液加入到反應(yīng)釜中攪拌反應(yīng)，通過共沉淀、洗滌，然后在80-120°C干燥4-12h得到前體，然后將前驅(qū)體和鋰化合物混合均勻，然后在400-850°C燒結(jié)6-18h，最后研磨得到改性富鋰錳基正極材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述改性富鋰錳基正極活性材料的鋰離子電池制備方法和應(yīng)用，其特征在于所述的粘結(jié)劑為丙烯酸酯類粘結(jié)劑、丁苯橡膠、羧甲基纖維素鈉、油性體系聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述改性富鋰錳基正極活性材料的鋰離子電池制備方法和應(yīng)用，其特征在于所述的導(dǎo)電劑為導(dǎo)電炭黑、超導(dǎo)炭黑Super-L1、導(dǎo)電石墨KS-6中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述改性富鋰錳基正極活性材料的鋰離子電池制備方法和應(yīng)用，其特征在于所述的改性富鋰錳基正極活性材料的鋰離子電池的應(yīng)用方法:(I)、混料:將鋰離子電池正極材料用溶劑混合成固含量為60-75%的正極漿料；稱取質(zhì)量比90% -95%負(fù)極活性材料、3% -6%的粘結(jié)劑和2% -4%的導(dǎo)電劑，用溶劑混合成固含量為40-55%的負(fù)極漿料； (2)、涂布:將正負(fù)極漿料分別涂在鋁箔和銅箔集流體上，鋁箔集流體厚度為10-30微米，面密度為28-68kg/m3，銅箔集流體厚度為8-16微米，面密度為78_128kg/m3 ； (3)、烘烤:烘烤鋁箔和銅箔集流體，烘烤時間為2-10h，溫度為80-100°C。 (4)、輥壓:將烘干的集流體輥壓成80-180微米的厚度； (5)、裝配:將輥壓后的集流體裁成電池大小的極片，然后組裝成電芯，烘烤20-50h； (6)、注液:將烘烤后的電芯按照5.0-6.5g/Ah電解液注液，電解液為低溫型功能電解液； (7)、化成分容:將注液后的電芯小電流化成，然后分容。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述改性富鋰錳基正極活性材料的鋰離子電池制備方法和應(yīng)用，其特征在于所述的混料中的負(fù)極活性材料為天然石墨、人造石墨和MCMB中的一種；粘結(jié)劑為水性粘結(jié)劑、丁苯橡膠、羧甲基纖維素鈉、油性體系聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的一種，導(dǎo)電劑為導(dǎo)電炭黑、Super-L1、KS-6中的一種，溶劑是N-甲基吡咯烷酮。
【文檔編號】H01M4/62GK103779553SQ201210397535
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月18日
【發(fā)明者】馮炳興, 杜洪彥, 郭方坤, 趙海剛, 崔亞峰, 賴見 申請人:深圳市艾利奇科技有限公司