專利名稱：一種用于便攜式游戲機(jī)的鋰離子電池的正極的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及便攜式游戲機(jī)的電源領(lǐng)域，尤其涉及一種用于便攜式游戲機(jī)的鋰離子電池的正極的制備方法。
背景技術(shù)：
以PSP為代表的便攜式游戲機(jī)的的日益普及，人們對(duì)便攜式游戲機(jī)的性能要求也越來越高，表現(xiàn)尤為突出的是對(duì)游戲機(jī)的電池續(xù)航時(shí)間的要求越來越高，同時(shí)，用戶也希望能夠節(jié)約電池的充電時(shí)間,此外對(duì)于電池的重復(fù)使用壽命的要求也越來越高。鋰離子電池鋰離子電池是性能卓越的新一代綠色環(huán)保、可再生的化學(xué)能源，其能量密度高，循環(huán)性能好，乃是便攜式游戲機(jī)的電池首選。便攜式游戲機(jī)在選用電池時(shí)主要需要考慮容量、電池循環(huán)穩(wěn)定性能(決定電池的使用壽命)、環(huán)境適應(yīng)性能以及充電速率等。鋰離子二次電池由正極、負(fù)極、非水電解質(zhì)等組成，其中鋰離子二次電池的正極對(duì)于電池能量密度、容量和充放電性能的具有重要的影響。鋰離子電池正極材料主要有LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4和LiFePO4等，目前使用的正極材料都有各自的缺點(diǎn)=LiCoO2的價(jià)格高，充電電壓超過4.2V后結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，安全性變差；LiNi02的循環(huán)性能不好，吸水性強(qiáng)，儲(chǔ)存性能差；LiMn204電池合成性能好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的正極材料錳酸鋰是鋰離子蓄電池電極材料的關(guān)鍵，錳酸鋰是較有前景的鋰離子正極材料之一，但其高溫循環(huán)性能差，在電解液中有一定的溶解性，儲(chǔ)存性能差，電化學(xué)穩(wěn)定性差大大限制了其產(chǎn)業(yè)化。因此，這些鋰離子電池正極材料無法滿足鋰離子電池向比容量高、壽命長(zhǎng)`、成本低和環(huán)境兼容方面發(fā)展的需求。因此，需要對(duì)這些正極材料進(jìn)行改性處理。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種用于便攜式游戲機(jī)的鋰離子電池的正極的制備方法，以提高便攜式游戲機(jī)的電池續(xù)航時(shí)間、使用壽命以及充電速率。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了一種用于便攜式游戲機(jī)的鋰離子電池的正極的制備方法，其特征在于，該方法包括如下步驟:
(I)制備正極活性物質(zhì)
按物質(zhì)的摩爾比Li: V: P =Mg = 2.7-2.9: 2: 3:0.3-0.1稱取四氟硼酸鋰、五氧化二釩、磷酸銨和碳酸鎂，將所稱取的固體物料置于球磨機(jī)中，加入去離子水進(jìn)行濕球磨，得到濕凝膠；
以釩的摩爾比為1-3 %稱取氧化釔，溶于氨水中，得到釔酸銨，于60-80 V水浴中加熱除去多余的氨水，加入到上述濕凝膠中，充分?jǐn)嚢?，得到摻雜了釔的鋰釩鎂磷的前驅(qū)體； 將上述前驅(qū)體球磨后的混合物置于氮?dú)鈿夥障蚂褵?，先?00-800°C下保溫5-7小時(shí)，然后在900-1000°C下保溫6-8小時(shí)，隨爐冷卻至室溫，得到正極活性物質(zhì)；
(2)制備導(dǎo)電劑
其中導(dǎo)電劑為多孔碳納米管和炭黑組成復(fù)合物，其制備方法為:按質(zhì)量比1:1-2稱取一定量的多孔碳納米管和炭黑，在水中超聲分散，制成兩者總重量含量為2-3%的低濃度母液；母液經(jīng)過抽濾分離出水，干燥后得到導(dǎo)電劑；
(3)制備正極漿料
以N-甲基吡咯烷酮為溶劑配置正極漿料，正極采用的材料及其重量份配比為:
上述活性物質(zhì)85-90 上述導(dǎo)電劑 5-10 丁腈橡膠2-3
漿料的固含量為70-75%，首先根據(jù)漿料固含量及其配比將丁腈橡膠加入N-甲基吡咯烷酮中，進(jìn)行真空攪拌2-3小時(shí)，然后加入活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑，加完料攪拌10-12小時(shí)，得到的漿料過200目篩3-5次；
(4)制作正極片
將上述漿料涂布在基材厚度為10_15um銅箔上，涂布后置于烤箱烘烤，烘烤溫度為為120-140°C，冷卻后輥壓，正極壓實(shí)密度為4.2-4.3g/cm3，然后根據(jù)電池極片的制作規(guī)格把輥壓好的極片進(jìn)行橫切和分切出需要尺寸，得到正極片。優(yōu)選的，在步驟(2)中所述的多孔納米管的管外徑20-30nm，炭黑的粒徑為10_20nm。優(yōu)選的，在步驟(4)中所述的正極涂布面密度為50-70mg/cm2。本發(fā)明的效果在于:
采用摻雜稀土元素釔的多元正極活性材料，以獲得較大的能量密度以及循環(huán)穩(wěn)定性，在正極漿料中添加了處理后的多孔納米管和炭黑的混合導(dǎo)電劑，提高了正極材料的導(dǎo)電性能。使用該材料制備的鋰離子電池用于便攜式游戲機(jī)時(shí)，可以滿足用戶的電池長(zhǎng)續(xù)航能力、快速充電速度以及延長(zhǎng)游戲機(jī)(特別是電池和機(jī)身一體的游戲機(jī))使用壽命的需求。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
按物質(zhì)的摩爾比Li: V: P =Mg = 2.7: 2: 3:0.3稱取四氟硼酸鋰、五氧化二釩、磷酸銨和碳酸鎂，將所稱取的固體物料置于球磨機(jī)中，加入去離子水進(jìn)行濕球磨，得到濕凝膠。以釩的摩爾比為I %稱取氧化釔，溶于氨水中，得到釔酸銨，于60°C水浴中加熱除去多余的氨水，加入到上述濕凝膠中，充分?jǐn)嚢?，得到摻雜了釔的鋰釩鎂磷的前驅(qū)體。將上述前驅(qū)體球磨后的混合物置于氮?dú)鈿夥障蚂褵?，先?00°C下保溫7小時(shí)，然后在900°C下保溫8小時(shí)，隨爐冷卻至室溫，得到正極活性物質(zhì)。由多孔碳納米管和炭黑組成復(fù)合導(dǎo)電劑，所述的多孔納米管的管外徑20-30nm，炭黑的粒徑為10-20nm，按質(zhì)量比1:1稱取一定量的多孔碳納米管和炭黑，在水中超聲分散，制成兩者總重量含量為2%的低濃度母液；母液經(jīng)過抽濾分離出水，干燥后得到導(dǎo)電劑。
以N-甲基吡咯烷酮為溶劑配置正極漿料，正極采用的材料及其重量份配比為: 上述活性物質(zhì)85
上述導(dǎo)電劑 5 丁腈橡膠2
漿料的固含量為70%，首先根據(jù)漿料固含量及其配比將丁腈橡膠加入N-甲基吡咯烷酮中，進(jìn)行真空攪拌2小時(shí)，然后加入活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑，加完料攪拌10小時(shí)，得到的漿料過200目篩3次。將上述漿料涂布在基材厚度為IOum銅箔上，所述的正極涂布面密度為50mg/cm2，涂布后置于烤箱烘烤，烘烤溫度為為120°C，冷卻后輥壓，正極壓實(shí)密度為4.2g/cm3，然后根據(jù)電池極片的制作規(guī)格把輥壓好的極片進(jìn)行橫切和分切出需要尺寸，得到正極片。實(shí)施例2
按物質(zhì)的摩爾比Li: V: P =Mg = 2.9: 2: 3: 0.1稱取四氟硼酸鋰、五氧化二釩、磷酸銨和碳酸鎂，將所稱取的固體物料置于球磨機(jī)中，加入去離子水進(jìn)行濕球磨，得到濕凝膠。以釩的摩爾比為3%稱取氧化釔，溶于氨水中，得到釔酸銨，于80°C水浴中加熱除去多余的氨水，加入到上述濕凝膠中，充分?jǐn)嚢瑁玫綋诫s了釔的鋰釩鎂磷的前驅(qū)體。將上述前驅(qū)體球磨后的混合物置于氮?dú)鈿夥障蚂褵?，先?00°C下保溫5小時(shí)，然后在1000°C下保溫6小時(shí)，隨爐冷卻至室溫，得到正極活性物質(zhì)。由多孔碳納米管和炭黑組成復(fù)合導(dǎo)電劑，所述的多孔納米管的管外徑20_30nm，炭黑的粒徑為10-20nm，按質(zhì)量比1:2稱取一定量的多孔碳納米管和炭黑，在水中超聲分散，制成兩者總重量含量為3%的低濃度母液；母液經(jīng)過抽濾分離出水，干燥后得到導(dǎo)電劑。以N-甲基吡咯烷酮為溶劑配置正極漿料，正極采用的材料及其重量份配比為: 上述活性物質(zhì)90
上述導(dǎo)電劑 10 丁腈橡膠3
漿料的固含量為75%，首先根據(jù)漿料固含量及其配比將丁腈橡膠加入N-甲基吡咯烷酮中，進(jìn)行真空攪拌3小時(shí)，然后加入活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑，加完料攪拌12小時(shí)，得到的漿料過200目篩5次。將上述漿料涂布在基材厚度為15um銅箔上，所述的正極涂布面密度為70mg/cm2，涂布后置于烤箱烘烤，烘烤溫度為為140°C，冷卻后輥壓，正極壓實(shí)密度為4.3g/cm3，然后根據(jù)電池極片的制作規(guī)格把輥壓好的極片進(jìn)行橫切和分切出需要尺寸，得到正極片。比較例
制作完導(dǎo)電劑后，用雙臂式混練機(jī)將作為正極活性物質(zhì)的平均粒徑為10 μ m的鈷酸鋰、作為粘結(jié)劑的PVdF的NMP溶液、作為導(dǎo)電劑的碳納米管和乙炔黑和作為分散介質(zhì)的適量的NMP進(jìn)行攪，制成正極漿料。PVdF的固形部分、碳納米管和乙炔黑組成的導(dǎo)電劑的混合t匕，相對(duì)于100重量份的鈷酸鋰，分別為5重量份、4重量份。接著，按實(shí)施例一的方法將正極漿料涂布在厚度為15μπι的由鋁箔上。使涂布的正極漿料干燥，用軋輥軋制，剪切后形成鋰離子正極。將實(shí)施例一、二及比較例所得正極片，剪切成相同規(guī)格。以金屬鋰片作為對(duì)電極和參比電極，Clegard2500作隔膜，lmol/L LiPF6的EC+DMC(體積比1:1)溶液為電解液，在充滿氬氣的手套箱中裝配成PSP通配電池。然后將制備的電池測(cè)試其電化學(xué)性能:經(jīng)測(cè)試該實(shí)施例一和二的的材料與比較例的正極相比，首次放電比容量提升了 50-60%以上，循環(huán)壽命提高了 2倍以上，充電速率提高了 2倍以上。
權(quán)利要求
1.一種用于便攜式游戲機(jī)的鋰離子電池的正極的制備方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: (1)制備正極活性物質(zhì) 按物質(zhì)的摩爾比Li: V: P =Mg = 2.7-2.9: 2: 3:0.3-0.1稱取四氟硼酸鋰、五氧化二釩、磷酸銨和碳酸鎂，將所稱取的固體物料置于球磨機(jī)中，加入去離子水進(jìn)行濕球磨，得到濕凝膠； 以釩的摩爾比為1-3%稱取氧化釔，溶于氨水中，得到釔酸銨，于60-80°C水浴中加熱除去多余的氨水，加入到上述濕凝膠中，充分?jǐn)嚢?，得到摻雜了釔的鋰釩鎂磷的前驅(qū)體； 將上述前驅(qū)體球磨后的混合物置于氮?dú)鈿夥障蚂褵?，先?00-800°C下保溫5-7小時(shí)，然后在900-1000°C下保溫6-8小時(shí)，隨爐冷卻至室溫，得到正極活性物質(zhì)； (2)制備導(dǎo)電劑 其中導(dǎo)電劑為多孔碳納米管和炭黑組成復(fù)合物，其制備方法為:按質(zhì)量比1:1-2稱取一定量的多孔碳納米管和炭黑，在水中超聲分散，制成兩者總重量含量為2-3%的低濃度母液；母液經(jīng)過抽濾分離出水，干燥后得到導(dǎo)電劑； (3)制備正極漿料 以N-甲基吡咯烷酮為溶劑配置正極漿料，正極采用的材料及其重量份配比為: 上述活性物質(zhì)85-90 上述導(dǎo)電劑 5-10 丁腈橡膠2-3 漿料的固含量為70-75%，首先根據(jù)漿料固含量及其配比將丁腈橡膠加入N-甲基吡咯烷酮中，進(jìn)行真空攪拌2-3小時(shí)，然后加入活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑，加完料攪拌10-12小時(shí)，得到的漿料過200目篩3-5次； (4)制作正極片 將上述漿料涂布在基材厚度為10_15um銅箔上，涂布后置于烤箱烘烤，烘烤溫度為為120-140°C，冷卻后輥壓，正極壓實(shí)密度為4.2-4.3g/cm3，然后根據(jù)電池極片的制作規(guī)格把輥壓好的極片進(jìn)行橫切和分切出需要尺寸，得到正極片。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中所述的多孔納米管的管外徑20-30nm，炭黑的粒徑為10_20nm。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步驟(4)中所述的正極涂布面密度為50_70mg/cm2。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于便攜式游戲機(jī)的鋰離子電池的正極的制備方法，該方法包括如下步驟(1)制備摻雜釔的鋰釩鎂磷的前驅(qū)體；將上述前驅(qū)體球磨后的混合物置于氮?dú)鈿夥障蚂褵?，得到正極活性物質(zhì)；(2)制備碳導(dǎo)電劑；(3)以N-甲基吡咯烷酮為溶劑配置正極漿料，然后加入活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑，攪拌，得到的漿料過200目篩3-5次；(4)制備正極片。本發(fā)明采用摻雜稀土元素釔的多元正極活性材料，以獲得較大的能量密度以及循環(huán)穩(wěn)定性，在正極漿料中添加了處理后的多孔納米管和炭黑的混合導(dǎo)電劑，提高了正極材料的導(dǎo)電性能。
文檔編號(hào)H01M4/139GK103199260SQ20131011841
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月8日
發(fā)明者嚴(yán)建泗 申請(qǐng)人:嚴(yán)建泗