。
[0031]上述本實施例的鋰離子電池正極極片的制備方法，包括以下步驟:
[0032](I)將D5tl約為18 μ m的正極活性材料LiCoO2、導電劑(乙炔黑)與粘結(jié)劑(聚-偏氟乙烯)按質(zhì)量比94: 3: 3混合，加入有機溶劑N-甲基吡咯烷酮(NMP)中后反復攪拌直至均勻，得到正極漿料；隨后將正極漿料涂布在20 μ m厚的集流體鋁箔上，放置在真空干燥箱下120°C烘干，得到正極極片；
[0033](2)將正極極片置于通風櫥中的加熱板上，加熱板的溫度設(shè)置為70°C，在上述正極極片的表層噴涂可溶性聚酰亞胺(PI)溶液，噴涂時使用的噴涂工具為接有通氣氣管的HD-188K美工噴筆，使用該美工噴筆來回進行噴涂，待NMP揮發(fā)完全后，形成可溶性PI噴涂層，并使噴射在正極極片表面的PI噴涂層呈非連續(xù)點狀分布，再將噴涂后的極片于120°C真空干燥箱中烘干，得到鋰離子電池正極極片，烘干后PI噴涂的正極極片被沖壓成直徑為12mm的鋰離子電池正極極片。
[0034]上述的可溶性聚酰亞胺(PI)溶液的制備包括以下步驟:在N2氣氛下，按質(zhì)量比1:1: 2的配比將十八烷基胺、2，2-雙[4-(-氨氧苯氧基)苯基]丙烷、4，4氧雙鄰苯二甲酸酐(0DA、BAPP、0DPA)混合在間甲酚中，加熱到50°C?70°C攪拌形成混合液，加入苯甲酸作為催化劑，然后在N2氣氛下加熱至180°C并回流12h，得到PI高分子聚合物溶液。待反應結(jié)束后，將PI高分子聚合物溶液倒入工業(yè)酒精與去離子水的混合液中反復洗滌，徹底洗凈PI中的間甲酚與苯甲酸，將PI放置于真空干燥箱在120°C條件下保持24h烘干；然后稱取2?4份質(zhì)量的PI溶于98?96份質(zhì)量的NMP中，磁力攪拌20min，配制成質(zhì)量分數(shù)為2 %?4 %的PI溶液(本實施例特別優(yōu)選為3 %的PI溶液)。本實施例中可溶性PI測試的紅外譜圖如圖1所示。由圖1可見，在譜圖中約1720CHT1與1780cm ―1處觀察到環(huán)狀酰亞胺結(jié)構(gòu)的特征峰，可證明PI中不含其他高分子聚合物。
[0035]鋰離子電池負極極片為天津中能生產(chǎn)的直徑為16mm的圓形金屬鋰片。
[0036]將上述制備的鋰離子電池正極極片、鋰離子電池負極極片以及隔膜(20 μπι)疊加在一起，加入電解液(lmol/L的LiPF6，其中非水溶劑由碳酸乙烯酯、聚碳酸酯、碳酸甲乙酯、氟代碳酸乙烯酯(EC、PC、EMC、FEC)組成且質(zhì)量百分比依次為25: 25: 44: 6)，在充滿氬氣的手套箱中組裝成CR3032型扣式電池。
[0037]實施例2:
[0038]本實施例中鋰離子電池正、負極極片及鋰離子電池的制備工藝步驟及工藝條件參數(shù)與實施例1基本相同，其區(qū)別僅在于，本實施例中的有機高分子物質(zhì)層的主要組成物為聚偏氟乙烯(PVDF)，在正極極片的表層噴涂時是選用質(zhì)量分數(shù)為2%?4%的可溶性聚偏氟乙烯溶液，噴涂后在產(chǎn)品表面形成PVDF噴涂層，該涂層同樣呈非連續(xù)點狀分布。該可溶性聚偏氟乙烯溶液的制備主要是將2?4份質(zhì)量的聚偏氟乙烯(PVDF)溶于98?96份質(zhì)量的NMP中，磁力攪拌20min，即可配制成質(zhì)量分數(shù)為2%?4%的PVDF溶液(本實施例特別優(yōu)選為3%的PVDF溶液)。
[0039]對比例:
[0040]本對比例中鋰離子電池負極極片及鋰離子電池的制備工藝步驟及工藝條件參數(shù)與實施例1基本相同，其區(qū)別僅在于，本對比例中使用的是普通正極極片，而非噴涂有機高分子物質(zhì)層的正極極片，即本對比例中也不包括制備、噴涂有機高分子物質(zhì)層的相關(guān)步驟。
[0041]電池循環(huán)性能測試:
[0042]用藍電電池測試系統(tǒng)對上述實施例1?2及對比例進行充放電循環(huán)性能測試，將各實施例及對比例制得的CR3032型扣式電池裝上測試柜，在25°C環(huán)境下，第一周以0.1C的充電電流充至4.6V狀態(tài)后，再以0.1C的放電電流放至截止電壓3.0V，第2周以后再以0.5C/0.5C進行充放電循環(huán)性能測試，其放電循環(huán)曲線如圖2所示。從圖2可以看出，相對于對比例中常用的正極極片，實施例1中3%的PI與實施例2中3%的PVDF噴涂的正極極片制作電池后的高電壓循環(huán)性能得到明顯改善，3%的PI噴涂的正極極片的改善效果更佳。
[0043]電池倍率性能測試:
[0044]用藍電電池測試系統(tǒng)對實施例2和對比例I進行充放電倍率性能測試，將上述實施例及對比例制得的電池裝上測試柜，在25°C環(huán)境下第I周以0.1C的充電電流充至4.5V狀態(tài)后，再以0.1C的放電電流放至截止電壓3.0V，第2周以1C/1C進行充放電測試，第3周以1C/2C進行充放電測試，第4周以1C/5C進行充放電測試，第5周以1C/10C進行充放電測試。圖3本測試得到的倍率放電曲線，從圖3中可以看出，實施例1中3%的PI噴涂的正極極片制作電池后的倍率性能相比對比例I有顯著提升。
[0045]由上可見:可溶性PI噴涂的正極極片，PI層不會影響正極材料與導電劑之間的接觸，不會破壞極片中原有電導路徑，仍保持正極材料間的電導網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而不會影響電池的循環(huán)性能。PI層能減少帶電正極顆粒表面電解液的分解，能緩解循環(huán)過程中顆粒體積的變化，能降低正極材料、粘結(jié)劑與導電劑三者間的作用力，進而能防止三者間形成間隙。極片表面的PI層能阻隔正極材料與電解液中HF直接接觸，減少正極材料中的Co溶解，從而提高電池在高電壓下的循環(huán)性能。在電池充放電過程中，PI層能抑制正極材料因升溫而發(fā)生的相變，從而改善正極材料的倍率性能。
【主權(quán)項】
1.一種鋰離子電池正極極片，包括集流體和涂布在集流體上的正極膜片，所述正極膜片主要由正極活性材料、導電劑與粘結(jié)劑組成，其特征在于:所述正極膜片的表層噴涂有機高分子物質(zhì)層，所述有機高分子物質(zhì)層的厚度h < 10nm ;所述有機高分子物質(zhì)層的主要組成物為聚酰亞胺、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈中的至少一種。
2.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池正極極片，其特征在于:所述有機高分子物質(zhì)層的厚度h < 50nm，所述有機高分子物質(zhì)層呈非連續(xù)點狀分布。
3.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池正極極片，其特征在于:所述正極活性材料為LiCo02、LiNixCoyMn(1_x_y)02，、LiMn204、LiFeP04中的至少一種，其中 y ( Ι,χ+y ( 1，所述正極活性材料、導電劑與粘結(jié)劑的配比為94?96: 3?2: 3?2。
4.如權(quán)利要求3所述的鋰離子電池正極極片，其特征在于:所述正極活性材料為LiCoO2，且LiCo0^D50彡5μπι;所述正極活性材料、導電劑與粘結(jié)劑的配比為94:3:3;所述有機高分子物質(zhì)層的主要組成物為聚酰亞胺。
5.一種如權(quán)利要求1?4中任一項所述鋰離子電池正極極片的制備方法，包括以下步驟: (1)將所述正極活性材料、導電劑、粘結(jié)劑按質(zhì)量比混合，加入有機溶劑中后反復攪拌直至均勻，得到正極漿料；隨后將正極漿料涂布在集流體上，放置在真空干燥箱下烘干，得到正極極片； (2)將正極極片置于通風櫥中的加熱板上，加熱板的溫度設(shè)置為60°0?80°0，在上述正極極片的表層噴涂可溶性有機高分子物質(zhì)溶液，形成可溶性有機高分子物質(zhì)層，再將噴涂后的極片于真空干燥箱中烘干，得到鋰離子電池正極極片。
6.如權(quán)利要求5所述鋰離子電池正極極片的制備方法，其特征在于:所述噴涂時使用的噴涂工具為接有通氣氣管的美工噴筆，使用該噴涂工具來回進行噴涂，使噴射在正極極片表面的有機高分子物質(zhì)層呈非連續(xù)點狀分布。
7.如權(quán)利要求5所述鋰離子電池正極極片的制備方法，其特征在于:所述可溶性有機高分子物質(zhì)溶液為聚酰亞胺溶液，且聚酰亞胺溶液中的有機溶劑為N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、磷酸三乙酯、間甲酚中的至少一種；所述聚酰亞胺溶液的濃度為0.5 ?5wt %。
8.如權(quán)利要求7所述鋰離子電池正極極片的制備方法，其特征在于:所述聚酰亞胺溶液中的有機溶劑為N-甲基吡咯烷酮，且聚酰亞胺溶液的濃度為2?4wt%。
9.如權(quán)利要求7或8所述鋰離子電池正極極片的制備方法，其特征在于，所述聚酰亞胺溶液的具體配制過程包括:在惰性氣體保護下，將二胺單體與二酐單體按一定摩爾比加入所述有機溶劑中，加熱到50°C?70°C攪拌形成混合液，加入催化劑，再加熱到170°C?200°C充分聚合反應而成。
10.一種鋰離子電池，包括正極、負極、防止正負極接觸短路的隔膜以及電解液，其特征在于:所述正極的正極極片為權(quán)利要求1?4中任一項所述鋰離子電池正極極片。
【專利摘要】一種鋰離子電池正極極片，包括集流體和正極膜片，正極膜片由正極活性材料、導電劑與粘結(jié)劑組成，膜片的表層噴涂有機高分子物質(zhì)層，其主要組成物為聚酰亞胺、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈中的至少一種；該正極極片的制備包括：先將正極活性材料、導電劑、粘結(jié)劑混合加入有機溶劑中得到正極漿料；將正極漿料涂布在集流體上，烘干得到正極極片；將正極極片置于通風櫥中的加熱板上，在正極極片的表層噴涂可溶性有機高分子物質(zhì)溶液，形成可溶性有機高分子物質(zhì)層，再烘干得到鋰離子電池正極極片。該正極極片可與負極、隔膜以及電解液組裝成本發(fā)明的鋰離子電池。本發(fā)明能適應高電壓鋰離子電池環(huán)境，并能提高鋰離子電池的循環(huán)性能和倍率性能。
【IPC分類】H01M4-1391, H01M10-0525, H01M4-131
【公開號】CN104766946
【申請?zhí)枴緾N201510171935
【發(fā)明人】胡旭堯, 蔣湘康, 王志興, 李旭, 譚欣欣, 張珊
【申請人】湖南杉杉新能源有限公司
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月13日