一種高性能富鋰錳鋰離子電池正極極片的制作方法
【專利摘要】一種高性能富鋰錳鋰離子電池正極極片的制作方法，其所采用的富鋰錳基正極材料的化學(xué)式為aLi2MnO3·(1-a)LiCoxNiyMn1-x-yO2，其中0＜a＜0.5，0＜x＜1，0＜y＜1；利用該材料制作鋰離子電池正極極片的步驟為烘烤、真空攪拌、涂覆、真空攪拌制得，利用本發(fā)明所提供的方法制作出的鋰離子電池正極極片具有高循環(huán)性能、高倍率性、高密度性及高裹敷性的特點(diǎn)。
【專利說明】一種高性能富鋰錳鋰離子電池正極極片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰離子電池制造領(lǐng)域，特別是涉及高性能富鋰錳鋰離子電池正極極片的制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在鋰離子電池材料領(lǐng)域，尤其是鋰離子電池正極極片領(lǐng)域，目前使用最多、最廣泛的是LiCo02 (氧化鈷鋰)，但是LiCo02 (氧化鈷鋰)存在安全性差，耐過充性差以及對(duì)環(huán)境的污染等問題并且其制作成本高昂，尤其是其必須的金屬Co比較稀缺，除此之外LiNi02合成條件苛刻，可逆性差、穩(wěn)定性差，容易引起安全問題；LiCo02 (氧化鈷鋰)材料系中還包括錳系LiMn02材料，雖然錳系LiMn02材料價(jià)格低廉、資源豐富，但是其在充放電過程中會(huì)產(chǎn)生層狀結(jié)構(gòu)向尖晶石型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的情況，該轉(zhuǎn)變直接導(dǎo)致比容量衰減快，電化學(xué)性能不穩(wěn)定的問題；除上述材料之外還有一種具有Co、N1、Mn三種金屬離子協(xié)同效應(yīng)的層狀三元材料LiCoxNiyMnl-x-y02，該材料雖然有效彌補(bǔ)了 LiCo02、LiNi02、LiMn02各自的不足，具有比容量高、循環(huán)性能好、合成制備工藝簡單、安全穩(wěn)定性能較好等優(yōu)點(diǎn)，但是其能量密度小，比容量低于200 mAh/g，所以在動(dòng)力電池的應(yīng)用上受到了明顯的限制。
[0003]研究發(fā)現(xiàn)，在層狀氧化物材料中添加過量的鋰后得到一種新固溶體富鋰錳基正極材料，該材料，其化學(xué)式為 aLi2Mn03.(l_a)LiCoxNiyMnl_x-y02，其中 O < a < 0.5,0 < x
<1，0 < y < I ;該材料在4.6V電壓下仍能保持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，比容量可達(dá)到250mAh/g，另外，該材料主要以Mn元素為主，使其在價(jià)格和安全性方面都具有優(yōu)勢(shì)，但是目前尚無該材料在鋰離子電池領(lǐng)域如何應(yīng)用的明確方法，因此造成無法大面積使用的情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述技術(shù)缺陷，利用現(xiàn)有的富鋰錳基正極材料，提供一種富鋰錳基正極材料在具體應(yīng)用到鋰離子電池正極極片上的方法，利用該方法制作出的鋰離子電池正極極片具有高循環(huán)性能、高倍率性、高密度性及高裹敷性的特點(diǎn)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種高性能富鋰錳鋰離子電池正極極片的制作方法，其所采用的富鋰錳基正極材料的化學(xué)式為aLi2Mn03.(l_a)LiCOXNiyMnl-X-y02，其中O
<a < 0.5,0 < X < 1,0 < y < I ;利用該材料制作鋰離子電池正極極片的步驟為:
①分別將富鋰錳基正極材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑放在90?120°C的烘烤箱內(nèi)烘烤6?12小時(shí)；
②將步驟①所得的粘結(jié)劑加入到N-甲基吡咯烷酮溶劑中，在真空條件下攪拌5?10小時(shí)，配成濃度為5?10%的膠液；
③將步驟①富鋰錳基正極材料與步驟①所得的導(dǎo)電劑加入到步驟②制得的膠液中，在真空條件下攪拌10?20小時(shí)，制成混合均勻的漿料，粘度在2000?4000Pa.s ；
④將步驟③制作的漿料通過涂布機(jī)涂覆在鋁箔雙面，涂覆面密度為150?450g/cm2，將涂覆后的極片通過多節(jié)烘箱烘干，即制得高性能富鋰錳鋰離子電池正極極片。[0006]作為優(yōu)選，步驟①中所述的導(dǎo)電劑為導(dǎo)電碳黑(Super P Li)、導(dǎo)電石墨(KS_6)、碳納米管(CNTs)，石墨烯、碳纖維中的一種或多種；所述的粘結(jié)劑為聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)的一種或多種。
[0007]作為優(yōu)選，步驟④中所述的多節(jié)烘箱溫度呈拋物線狀態(tài)，前段與后端烘箱為85?95°C，中間烘箱溫度為100?120°C，烘箱節(jié)數(shù)為6?12個(gè)。
[0008]進(jìn)一步，步驟②、③中所述的真空度為-95?_80KPa。
[0009]本發(fā)明的有益效果是與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明所提供的一種高性能富鋰錳鋰離子電池正極極片的制作方法所制作出的正極極片具有連續(xù)的網(wǎng)狀骨架，包覆物束縛在正極材料表面，制得多孔碳捆綁的包覆型富鋰錳基正極材料，改善了傳統(tǒng)的包覆方法中包覆物包覆不均勻、不牢固的問題，采用該多孔碳捆綁的包覆型富鋰錳基正極材料制成鋰離子電池正極極片，具有優(yōu)異倍率性能和循環(huán)性能，尤其是高充電截止電壓時(shí)的循環(huán)穩(wěn)定性。
[0010]經(jīng)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果顯示，利用本發(fā)明所制作的正極極片生產(chǎn)的高性能富鋰錳鋰離子電池在3.0?4.6V電壓范圍內(nèi)，5C放電容量為11.6Ah，0.5C放電容量為10.5Ah，5C放電容量為0.5C放電容量的90.5%，在3.0?4.4V電壓范圍內(nèi)，0.5C充放電循環(huán)2000次后容量為初始容量的84.8%以上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1，以0.5C充電/0.5C、5C倍率放電曲線圖。
[0012]圖2，以0.5C充放電循環(huán)曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]為對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述，下面結(jié)合實(shí)施例及附圖1、2對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0014]實(shí)施例1，以Cu (銅)包覆富鋰錳基正極材料制作富鋰錳鋰離子電池正極極片；
①正極極片的組成成分質(zhì)量百分比為:碳捆綁的Cu包覆富鋰錳基正極材料96%、碳納米管1.5%、聚偏二氟乙烯2.5%，將上述粉料分別在-90KPa真空度下，于100°C烘烤8小時(shí)；
②將聚偏二氟乙烯粘結(jié)劑加入到N-甲基吡咯烷酮溶劑中，在真空條件下攪拌6小時(shí)，配成濃度為8%的膠液；
③將碳捆綁的Cu包覆富鋰錳基正極材料與碳納米管加入到步驟②制得的膠液中，在真空條件下攪拌14小時(shí)，制成混合均勻的漿料，粘度在2000Pa*s ；
④將步驟③制作的漿料通過涂布機(jī)涂覆在鋁箔雙面，涂覆面密度為280g/cm2，涂覆后的極片通過多節(jié)烘箱烘干，前段與后端烘箱為90°C，中間烘箱溫度為110°C，烘箱節(jié)數(shù)為8個(gè)，即制得高性能富鋰錳鋰離子電池正極極片。
[0015]實(shí)施例2，以LiCo02包覆富鋰錳基正極材料制作富鋰錳鋰離子電池正極極片；
①正極極片的組成成分質(zhì)量百分比為:碳捆綁的LiCo02包覆富鋰錳基正極材料95%、超導(dǎo)炭黑1%、導(dǎo)電石墨1%、聚偏二氟乙烯3%，將上述粉料分別在-90KPa真空度下，于100°C烘烤8小時(shí)；
②將聚偏二氟乙烯粘結(jié)劑加入到N-甲基吡咯烷酮溶劑中，在真空條件下攪拌6小時(shí)，配成濃度為8%的膠液； ③將碳捆綁的LiCo02包覆富鋰錳基正極材料與碳納米管加入到步驟②制得的膠液中，在真空條件下攪拌12小時(shí)，制成混合均勻的漿料，粘度在3000Pa*s ；
④將步驟③制作的漿料通過涂布機(jī)涂覆在鋁箔雙面，涂覆面密度為320g/cm2，涂覆后的極片通過多節(jié)烘箱烘干，前段與后端烘箱為95°C，中間烘箱溫度為115°C，烘箱節(jié)數(shù)為8個(gè)，即制得高性能富鋰錳鋰離子電池正極極片。
[0016]對(duì)上述方法制作的鋰離子電池正極極片進(jìn)行檢測(cè)結(jié)合檢測(cè)結(jié)果附圖1得知，高性能富鋰錳鋰離子電池的5C放電容量為11.6Ah，0.5C放電容量為10.5Ah，5C放電容量是
0.5C放電容量的90.5%。
[0017]對(duì)上述方法制作的鋰離子電池正極極片進(jìn)行檢測(cè)結(jié)合檢測(cè)結(jié)果附圖2得知，高性能富鋰錳鋰離子電池，在3.0?4.4V電壓范圍內(nèi)，0.5C充放電循環(huán)2000次后容量為初始容量的84.8%以上。
[0018]顯而易見的，上述實(shí)施例僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，任何再次基礎(chǔ)上的簡單改變均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種高性能富鋰錳鋰離子電池正極極片的制作方法，其特征在于采用化學(xué)式為aLi2Mn03.(l_a) LiCoxNiyMnl_x-y02，其中 0<a<0.5，0<x<l，0<y<l 的富鋰錳基正極材料制作鋰離子電池正極極片，其制作步驟為: ①分別將富鋰錳基正極材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑放在烤箱內(nèi)烘烤； ②將步驟①所得的粘結(jié)劑加入到N-甲基吡咯烷酮溶劑中，在真空條件下攪拌，配成濃度為5?10%的膠液； ③將步驟①富鋰錳基正極材料與步驟①所得的導(dǎo)電劑加入到步驟②制得的膠液中，在真空條件下攪拌，制成混合均勻的漿料； ④將步驟③制作的漿料通過涂布機(jī)涂覆在鋁箔雙面，將涂覆后的極片通過多節(jié)烘箱烘干，即制得高性能富鋰錳鋰離子電池正極極片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高性能富鋰錳鋰離子電池正極極片的制作方法，其特征在于所述的導(dǎo)電劑為導(dǎo)電碳黑(Super P Li)、導(dǎo)電石墨(KS-6)、碳納米管(CNTs)，石墨烯、碳纖維中的一種或多種；所述的粘結(jié)劑為聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高性能富鋰錳鋰離子電池正極極片的制作方法，其特征在于所述的多節(jié)烘箱溫度呈拋物線狀態(tài)，前段與后端烘箱為85?95°C，中間烘箱溫度為100?120°C，烘箱節(jié)數(shù)為6?12個(gè)。
【文檔編號(hào)】H01M4/1391GK103474626SQ201310449016
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月28日
【發(fā)明者】陳祥蘭, 趙海剛, 蔡振勇 申請(qǐng)人:山東潤峰集團(tuán)新能源科技有限公司