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一種高容量鋰離子電池正極片的制備方法

文檔序號(hào):10571654閱讀:476來源:國(guó)知局
一種高容量鋰離子電池正極片的制備方法
【專利摘要】一種高容量鋰離子電池正極片的制備方法,包括:1)、將正極材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑加入到行星攪拌機(jī)中,高速攪拌,得正極粉體;2)、稱取有機(jī)溶劑,有機(jī)溶劑總質(zhì)量的40~60%加入正極粉體中,真空高速攪拌得正極膏體;3)、將有機(jī)溶劑總質(zhì)量的20~30%加入正極膏體中,攪拌溫度控制在25~35℃,真空高速攪拌60~100min;4)、將剩余的有機(jī)溶劑分次加入到正極膏體中調(diào)節(jié)粘度,過篩得到正極漿料;5)、將正極漿料涂覆于正極金屬集流體的正反兩面,烘干、輥壓,得高容量鋰離子電池正極片。本發(fā)明通過將粉體材料預(yù)先攪拌,再捏合,最后分散的方法,可以使不同密度材料組分混合更均勻,效率更高。
【專利說明】
_種局容量裡禹子電池正極片的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及鋰離子電池制造技術(shù)領(lǐng)域,具體來說是一種為智能手機(jī)、超級(jí)本、平板 電腦等數(shù)碼產(chǎn)品提供能源的高容量鋰離子電池正極片的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋰離子電池是自上世紀(jì)90年代以來的新一代二次電池,具有能量密度大、循環(huán)壽 命長(zhǎng)、工作電壓高、無記憶效應(yīng)、自放電小、工作溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn),在移動(dòng)通訊、移動(dòng)電腦、 電動(dòng)汽車、航空航天、生物醫(yī)學(xué)工程等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,是高新技術(shù)的關(guān)鍵產(chǎn)品 之一。近年來,各種電子產(chǎn)品逐漸向小型化、智能化和多功能化發(fā)展,如智能手機(jī)、超級(jí)本、 平板電腦等,這就對(duì)鋰離子電池的能量密度提出了更高的要求。
[0003] 鋰離子電池以鈷酸鋰(LiCo〇2)、三元材料(LiNixCoyMn z〇2)、錳酸鋰(LiMn2〇4)、磷酸 鐵鋰(LiFeP〇4)為主要的正極材料;其中鈷酸鋰(LiCo〇2)的能量密度最高,理論克比容量可 達(dá)到270mAh/g,但目前鈷酸鋰克比容量只能做到140 mAh/g~150mAh/g之間,最高電壓也只 能充到4.2V,而且在制作電池時(shí)攪拌工藝繁鎖復(fù)雜,先要進(jìn)行打膠,然后再進(jìn)行導(dǎo)電劑充分 分散,最后再加入主材料高速攪拌十幾小時(shí)后才能完成漿料的制作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種高容量鋰離子電池正極片的制備方法,其主要目的在于克服現(xiàn)有 鋰電池克比容量只能做到140150mAh/g、充電電壓不高、且制作工藝繁瑣等缺陷。
[0005] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案: 一種高容量鋰離子電池,包括正極片、負(fù)極片和電解液,正極片包括正極漿料及正極金 屬集流體,正極漿料由以下物質(zhì)按重量百分比制成:正極材料9 5~98%、導(dǎo)電劑1~5%、粘結(jié) 劑1~4%,其中,正極材料采用表面經(jīng)過Co(0H)2包覆過的LiCo〇2,該正極材料的粒度分布為 D10:3~7um,D50:9~18um,D90:16~30um。
[0006] 正極漿料的導(dǎo)電劑選自乙炔黑、VGCF、SP、磷片石墨中的至少兩種混合,粘結(jié)劑選 自分子量大于一百萬(wàn)以上的聚偏氟乙稀,金屬集流體選自厚度為10~18um的錯(cuò)箱。
[0007] 負(fù)極片包括:負(fù)極漿料及負(fù)極金屬集流體,負(fù)極漿料由以下物質(zhì)按重量百分比制 成:負(fù)極材料90~97%、導(dǎo)電劑0~4%、粘結(jié)劑2~8%,其中,負(fù)極材料采用以硅粉顆粒為基體, 表面包覆碳納米管的娃碳合金復(fù)合材料。
[0008] 負(fù)極漿料的導(dǎo)電劑選自乙炔黑、VGCF、SP、磷片石墨中的一種,粘結(jié)劑選用丁笨橡 膠(SBR)和羧甲基纖維素鈉(CMC)的混合物,金屬集流體選自厚度為5~9um的銅箱。
[0009] 上述電解液選用電解液含有1摩爾/升的六氟磷酸鋰、質(zhì)量比為碳酸乙烯酯(EC): 碳酸二甲酯(DMC):碳酸甲乙酯(EMC) = 1:1:1的三種混合液以及含量0.5~6%的環(huán)己基苯 (CHB)〇
[0010] 上述高容量鋰離子電池的制造工藝,包括以下步驟:(1)采用干法高速攪拌制備正 極片;(2)采用干法高速攪拌制備負(fù)極片;(3)按負(fù)極片、隔膜、正極片的方式進(jìn)行卷繞,用鋁 塑復(fù)合膜封裝得電芯;(4)將電芯真空烘烤后,注入電解液,封口;(5)采用階梯電流化成方 法對(duì)步驟(4)的電芯進(jìn)行化成。
[0011] 其中,上述正極片的制備包括如下步驟: 1 )、將正極材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑加入到行星攪拌機(jī)中,高速攪拌60~120min,得正極 粉體; 2) 、按固液質(zhì)量比正極粉:有機(jī)溶劑=3:1稱取有機(jī)溶劑,有機(jī)溶劑總質(zhì)量的40~60%加 入正極粉體中,真空高速攪拌100~180min,攪拌溫度控制在30~60°C,得正極膏體; 3) 、將有機(jī)溶劑總質(zhì)量的20~30%加入正極膏體中,攪拌溫度控制在25~35°C,真空高 速攬摔60~lOOmin; 4) 、將剩余的有機(jī)溶劑分次加入到正極膏體中調(diào)節(jié)粘度,過篩得到正極漿料; 5) 、將過篩的正極漿料涂覆于正極金屬集流體的正反兩面,烘干、輥壓,得高容量鋰離 子電池正極片。
[0012] 上述正極片的壓實(shí)密度為4 · 0~4 · 3g/cm3 〇
[0013] 上述負(fù)極片的制備包括如下步驟: 1 )、將負(fù)極材料、導(dǎo)電劑和CMC加入到行星攪拌機(jī)中,高速攪拌60~120min,得負(fù)極粉 體; 2) 、按固液比負(fù)極粉體:去離子水=1:1~1.2稱取去離子水,并將去離子水總質(zhì)量的40 ~60%加入到步驟1)的負(fù)極粉體中,真空高速攪拌100~180min,攪拌溫度控制30~50°C,得 負(fù)極膏體; 3) 、將去離子水總質(zhì)量的20~30%加入到負(fù)極膏體中,攪拌溫度控制在25~35°C,真空 高速攪拌60~lOOmin; 4) 、將SBR加入到步驟3)中,攪拌溫度控制在25~35°C,真空高速攪拌30~lOOmin; 5) 、將剩余的去離子水分次加入到步驟4)中,調(diào)節(jié)粘度,過篩得到負(fù)極漿料; 6) 、將過篩的負(fù)極漿料涂覆于負(fù)極金屬集流體的正反兩面,烘干、輥壓,得高容量鋰離 子電池負(fù)極片。
[0014] 上述負(fù)極片的壓實(shí)密度為1.5~2.0g/cm3〇
[0015] 上述隔膜選用厚度為12~16um的PE微孔隔膜。
[0016] 上述的階梯電流化成方法包括如下步驟: 1) 用0.2mA/cm2的電流充電至2.0V,或30~60min截止; 2) 用0.5mA/cm2的電流充電至2.5V,或120~180min截止; 3) 再用lmA/cm2的電流充電至3.1¥,或120~18〇11^11截止; 4 )最后用3mA/cm2的電流充電至4.4V,恒壓充電截止電流為ImA/cm2或60min截止。
[0017] 由上述對(duì)本發(fā)明的描述可知,本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于: 1、本發(fā)明的鋰離子電池,具有能量密度高、優(yōu)越的加工性能及高電壓循環(huán)性能。
[0018] 2、本發(fā)明通過先用材料粒度分布寬,可以使材料粒子之間堆積緊密,使電池極片 壓實(shí)密度大。
[0019] 3、本發(fā)明通過將粉體材料預(yù)先攪拌,再捏合,最后分散的方法,可以使不同密度材 料組分混合更均勻,效率更高。
[0020] 4、本發(fā)明階梯電流化成方法使極片表面形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、致密的SEI膜。
[0021] 5、本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、易控制和操作,穩(wěn)定性好,容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1鋰電池4.4~3.0V的充放電曲線圖; 圖2是本發(fā)明實(shí)施例1鋰電池4.4V~3.0V的循環(huán)性能曲線圖。
【具體實(shí)施方式】 [0023] 實(shí)施例1 1、按以下步驟進(jìn)行正極漿料制備 按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比稱取以下固體原料:94.5%鈷酸鋰、2%SP、1%VGCF、2.5%So 1 ef 5130,再稱取 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為以上各固體原料質(zhì)量總和的1/3的有機(jī)溶劑匪P;并將各固體原料放入到120°C 真空烘箱中干燥4小時(shí),真空為-0.1 MPa;再將鈷酸鋰、SP、VGCF和Solef5130加入到行星攪 拌機(jī)攪拌罐中,高速攪拌60min;接著加入60%的有機(jī)溶劑NMP,真空高速攪拌120min,攪拌溫 度為45度;再加入30%有機(jī)溶劑NMP,真空高速攪拌60min,攪拌溫度為30度;最后將剩余10% 有機(jī)溶劑NMP,進(jìn)行漿料粘度調(diào)節(jié),粘度范圍為5000~8000厘帕。
[0024] 2、按以下步驟進(jìn)行負(fù)極漿料制備 按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比稱取以下固體原料:94.5%娃碳合金材料、1%SP、1.5%CMC、2.5%SBR,再按 固液比為1:1.05稱取蒸餾水;將硅碳合金材料、SP、CMC、SBR加入星行攪拌機(jī)中,高速攪拌 50min;接著加入60%的去離子水,真空高速攪拌120min,攪拌溫度為45°C ;再加入30%去離子 水,真空高速攪拌60min,攪拌溫度為30°C,最后加入SBR,真空高速攪拌60min,攪拌溫度為 30°C,將剩余10%去離子水,進(jìn)行漿料粘度調(diào)節(jié),粘度范圍為2000~5000厘帕。
[0025] 3、制片包裝 將制備好的正、負(fù)極漿料,采用轉(zhuǎn)移式涂布機(jī)分別涂在鋁箱和銅箱的正反兩面上,經(jīng)烘 干后進(jìn)行輥壓,壓實(shí)密度分別為:正極4.2 g/cm3,負(fù)極1.7 g/cm3。
[0026] 將上述各例制造的極片,按厚度4.5mm、寬度34mm、長(zhǎng)度50mm電池工藝要求裁切成 所需的長(zhǎng)度和寬度,然后按負(fù)極片、隔膜、正極片的方式進(jìn)行卷繞,用鋁塑復(fù)合膜封裝,留一 邊開口,得電芯。
[0027] 4、烘烤注液 將電芯經(jīng)85度真空烘烤后,注入含有1摩爾/升的六氟磷酸鋰、質(zhì)量比為碳酸乙烯酯 (EC):碳酸二甲酯(DMC):碳酸甲乙酯(EMC)=1:1:1的三種混合物和含量2%的環(huán)己基苯(CHB) 電解液,封口。其中,六氟磷酸鋰、三種混合液及環(huán)己基苯的比例為任意比。
[0028] 5、按以下方式進(jìn)行化成: 1) 用0.2mA/cm2的電流充電至2.0V,或30~60min截止; 2) 用0.5mA/cm2的電流充電至2.5V,或120~180min截止; 3) 再用lmA/cm2的電流充電至3.1¥,或120~18〇11^11截止; 4 )最后用3mA/cm2的電流充電至4.4V,恒壓充電截止電流為ImA/cm2或60min截止。
[0029]化成完后,電池進(jìn)行真空抽氣封口。
[0030] 本發(fā)明實(shí)施例鋰電池4.4~3.0V的充放電曲線,參照?qǐng)D1,在圖1中,橫坐標(biāo)為克比 容量(mAh/g),縱坐標(biāo)為電壓(mV),曲線a為放電曲線,b為充電曲線。
[0031]本發(fā)明實(shí)施例鋰電池4.4V~3. OV的循環(huán)性能曲線,參照?qǐng)D2,在圖2中,橫坐標(biāo)為循 環(huán)周數(shù)(周),縱坐標(biāo)為放電百分比(%)。
[0032] 實(shí)施例2 本實(shí)施例制備組裝電池的步驟和工序與實(shí)施例1相同,不同的是正極按質(zhì)量比為:95% 鈷酸鋰、2%SP、l%VGCF、2%Solef 5130,負(fù)極按質(zhì)量比為:95%娃碳合金材料、1%SP、1.3%CMC、 2 · 2%SBR,電解液添加劑環(huán)己基苯(CHB)加量為3%。
[0033] 下表為實(shí)施例1與實(shí)施例2電池級(jí)片的壓實(shí)密度。
[0034] 上述僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】,但本發(fā)明的設(shè)計(jì)構(gòu)思并不局限于此,凡利用此 構(gòu)思對(duì)本發(fā)明進(jìn)行非實(shí)質(zhì)性的改動(dòng),均應(yīng)屬于侵犯本發(fā)明保護(hù)范圍的行為。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高容量鋰離子電池正極片的制備方法,其特征在于,包括如下步驟: 1 )、將正極材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑加入到行星攪拌機(jī)中,高速攪拌60~120min,得正極 粉體; 2) 、按固液質(zhì)量比正極粉:有機(jī)溶劑=3 :1稱取有機(jī)溶劑,有機(jī)溶劑總質(zhì)量的40~60%加 入正極粉體中,真空高速攪拌100~180min,攪拌溫度控制在30~60°C,得正極膏體; 3) 、將有機(jī)溶劑總質(zhì)量的20~30%加入正極膏體中,攪拌溫度控制在25~35°C,真空高 速攬摔60~IOOmin; 4) 、將剩余的有機(jī)溶劑分次加入到正極膏體中調(diào)節(jié)粘度,過篩得到正極漿料; 5) 、將過篩的正極漿料涂覆于正極金屬集流體的正反兩面,烘干、輥壓,得高容量鋰離 子電池正極片。2. 如權(quán)利要求1所述的一種高容量鋰離子電池正極片的制備方法,其特征在于:步驟5) 中正極片輥壓的壓實(shí)密度為4 · 0~4 · 3g/cm3 〇3. 如權(quán)利要求1所述的一種高容量鋰離子電池正極片的制備方法,其特征在于:所述正 極片的漿料由以下物質(zhì)按重量百分比制成:正極材料95~98%、導(dǎo)電劑1~5%、粘結(jié)劑1~4%, 其中,正極材料采用表面經(jīng)過Co(OH) 2包覆過的LiCoO2,該正極材料的粒度分布為DlO: 3~ 7um,D50:9~18um,D90:16~30um。4. 如權(quán)利要求3所述的一種高容量鋰離子電池正極片的制備方法,其特征在于:所述導(dǎo) 電劑選自乙炔黑、VGCF、SP、磷片石墨中的至少兩種混合,粘結(jié)劑選自分子量大于一百萬(wàn)以 上的聚偏氟乙稀,金屬集流體選自厚度為I 〇~18um的錯(cuò)箱。
【文檔編號(hào)】H01M4/485GK105932228SQ201610376129
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2014年1月28日
【發(fā)明人】陳端典, 陳文明, 黃昌榮
【申請(qǐng)人】泉州勁鑫電子有限公司
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