一種高性能富錳鋰基正極漿料及其應(yīng)用方法
【專利摘要】一種高性能富錳鋰基正極漿料由N-甲基吡咯烷酮、正極粘結(jié)劑、正極導(dǎo)電劑、富鋰錳基材料、納米Si02和納米Al2O3中的一種或兩種制成，所述的正極粘結(jié)劑、正極導(dǎo)電劑、富鋰錳基材料、納米Si02及納米Al2O3的重量百分比為正極粘結(jié)劑2%-5%、正極導(dǎo)電劑1%-5%、富鋰錳基材料90%-95%、納米Si021%-5%、納米Al2O31-5%，依據(jù)本發(fā)明制作的鋰離子電池正極極片所制作的鋰電池具有循環(huán)壽命高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全性高等特點(diǎn)。
【專利說明】一種高性能富錳鋰基正極漿料及其應(yīng)用方法
[0001]技術(shù)領(lǐng)本
本發(fā)明屬于鋰離子電池制造領(lǐng)域，特別是涉及一種高性能富錳鋰基正極漿料及利用該漿料制作高性能鋰電池的方法。
【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(duì)環(huán)境友好以及無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)受到高度青睞，在鋰電家族中，錳酸鋰和磷酸鐵鋰相對(duì)而言更受人們的選擇和推崇，但這兩種材料也存在很多缺點(diǎn)，如錳酸鋰電池放電時(shí)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，不太適合用于動(dòng)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，并且磷酸鐵鋰材料制備時(shí)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(shí)用化。
[0003]為了解決上述缺陷，現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)一種采用富鋰錳基正極材料的鋰離子電池，具有低電壓范圍內(nèi)(2.75V-4.2V)循環(huán)性能長、高溫性能好等優(yōu)點(diǎn)，但富鋰基錳材料同樣存在很多不足，在高電壓4.2V以上表現(xiàn)出循環(huán)壽命差、低溫性能差、倍率放電差、安全性能差等缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述缺 陷，本發(fā)明通過通過對(duì)富鋰錳基材料摻雜少量的Si02和A1203，用以填充在富鋰錳基材料大顆粒的空隙中間，并且對(duì)富鋰錳材料進(jìn)行原位包覆，另外由于Si02和A1203材料顆粒小，比表面積大，對(duì)富鋰錳材料具有較好的表面活化作用；此外，S1-O鍵、和Al-O鍵要比L1-Mn-O鍵的鍵能大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，因此摻雜后可以提高富鋰錳基材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、大大提高了鋰離子電池循環(huán)壽命、低溫放電、倍率放電、安全等性能。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種高性能富錳鋰基正極漿料由N-甲基吡咯烷酮、正極粘結(jié)劑、正極導(dǎo)電劑、富鋰錳基材料、納米Si02和納米A1203中的一種或兩種制成，所述的正極粘結(jié)劑、正極導(dǎo)電劑、富鋰錳基材料、納米Si02及納米A1203的重量百分比為正極粘結(jié)劑2%-5%、正極導(dǎo)電劑1%_5%、富鋰錳基材料90%-95%、納米Si021%-5%、納米 A12031-5%。
[0006]進(jìn)一步，所述的正極粘結(jié)劑至少包括以下成份中的一種或一種以上:聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯一六氟丙烯、聚四氟乙烯、丙烯酸、丁苯橡膠。
[0007]進(jìn)一步，所述的正極導(dǎo)電劑至少包括以下一種或幾種:導(dǎo)電石墨、乙炔黑、碳納米管、納米粉。
[0008]進(jìn)一步，所述的富鋰錳基材料，其化學(xué)通式為:
Li [Li (l-2x) /3Nix-aMyMn (2-χ) /3-b] 02 ( (Μ = Co、Al、T1、Mg、Cu)，其中 0 < x ≤ 0.5，當(dāng) M = Co、Al時(shí)，0<y<2x，a = b = y/2;當(dāng)M = Ti時(shí)，0<y< (2-χ) /3, a = O, b =y;當(dāng) M = Mg、Cu 時(shí)，O < y < x, a = y, b = 0)。[0009]為了對(duì)上述材料的進(jìn)一步應(yīng)用做出說明，本發(fā)明對(duì)上述材料制作正極材料的方法進(jìn)行闡述。
[0010]一種高性能富錳鋰基正極漿料制作正極極片的方法，其特征在于包含以下步驟:
a按照正極粘結(jié)劑2%-5%、正極導(dǎo)電劑1%_5%、富鋰錳基材料90%-95%、納米Si021%-5%、納米A12031-5%的重量百分比，分別配置正極粘結(jié)劑、正極導(dǎo)電劑、富鋰錳基材料、納米Si02或納米A1203中的一種或兩種，獲得正極材料；
甲基吡咯烷酮放入真空攪拌機(jī)中，然后將前述正極材料置于真空攪拌機(jī)中，在自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)速度分別為500-3000r/min和10_45r/min的條件下攪拌10-17小時(shí)獲得正極衆(zhòng)料；
c將前述正極漿料以單面面密度為18-25mg/cm2的密度涂覆在鋁箔上；d將前述涂覆有正極漿料的鋁箔置于烘箱中，在90-150°C的條件下進(jìn)行烘干；e將前述烘干的鋁箔進(jìn)行琨壓處理，最終輾壓實(shí)密度為2.8-3.2g/cm3，制得高性能富錳鋰基正極極片。[0011]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過通過對(duì)富鋰錳基材料摻雜少量的Si02和A1203，填充了富鋰錳基材料大顆粒間的空隙，并且對(duì)富鋰錳材料進(jìn)行原位包覆，充分利用Si02和A1203材料顆粒小，比表面積大，對(duì)富鋰錳材料具有較好的表面活化作用的特點(diǎn)及S1-O鍵、和Al-O鍵要比L1-Mn-O鍵的鍵能大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的特點(diǎn)，因此摻雜后大大提高富鋰錳基材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、大大提高了鋰離子電池循環(huán)壽命、低溫放電、倍率放電、安全等性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0013]圖1為利用本發(fā)明制作的鋰電池的充放電曲線。
[0014]圖2為用本發(fā)明制作的鋰電池的循環(huán)曲線。
[0015]圖3為用本發(fā)明制作的鋰電池的低溫放電曲線。
[0016]圖4為用本發(fā)明制作的鋰電池的倍率曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0017]一種高性能富錳鋰基正極漿料由N-甲基吡咯烷酮、正極粘結(jié)劑、正極導(dǎo)電劑、富鋰錳基材料、納米Si02和納米A1203中的一種或兩種制成，所述的正極粘結(jié)劑、正極導(dǎo)電劑、富鋰錳基材料、納米Si02及納米A1203的重量百分比為正極粘結(jié)劑2%-5%、正極導(dǎo)電劑 1%_5%、富鋰錳基材料90%-95%、納米Si021%-5%、納米A12031_5%，所述的正極粘結(jié)劑至少包括以下成份中的一種或一種以上:聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯一六氟丙烯、聚四氟乙烯、丙烯酸、丁苯橡膠所述的正極導(dǎo)電劑至少包括以下一種或幾種:導(dǎo)電石墨、乙炔黑、碳納米管、納米粉所述的富鋰錳基材料，其化學(xué)通式為:
Li [Li (l-2x) /3Nix-aMyMn (2-χ) /3-b] 02 ( (Μ = Co、Al、T1、Mg、Cu)，其中 0 < x ≤ 0.5，當(dāng) M = Co、Al 時(shí)，0<y< 2x, a = b = y/2;當(dāng) M = Ti 時(shí)，0<y< (2-χ) /3, a = 0，b =y;當(dāng) M = Mg、Cu 時(shí)，0 < y < x, a = y, b = 0)。
[0018]一種高性能富錳鋰基正極漿料制作正極極片的方法，其特征在于包含以下步驟:
a、按照正極粘結(jié)劑2%-5%、正極導(dǎo)電劑1%_5%、富鋰錳基材料90%-95%、納米Si021%-5%、納米A12031-5%的重量百分比，分別配置正極粘結(jié)劑、正極導(dǎo)電劑、富鋰錳基材料、納米Si02或納米A1203中的一種或兩種，獲得正極材料；
b、將N-甲基吡咯烷酮放入真空攪拌機(jī)中，然后將前述正極材料置于真空攪拌機(jī)中，在自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)速度分別為500-3000r/min和10_45r/min的條件下攪拌10-17小時(shí)獲得正極衆(zhòng)料；
C、將前述正極漿料以單面面密度為18-25mg/cm2的密度涂覆在鋁箔上；
d、將前述涂覆有正極漿料的鋁箔置于烘箱中，在90-150°C的條件下進(jìn)行烘干；
e、將前述烘干的鋁箔進(jìn)行琨壓處理，最終輾壓實(shí)密度為2.8-3.2g/cm3，制得高性能富錳鋰基正極極片。
[0019]實(shí)施例1:先在真空攪拌機(jī)中加入一定量的N-甲基吡咯烷酮，然后聚偏二氟乙烯3%、導(dǎo)電石墨2%、納米A12032%、和富鋰錳基材料93%的重量比依次加入聚偏二氟乙烯、導(dǎo)電石墨、納米A1203、和富鋰錳基材料，攪拌的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)速度分別為1800r/min和35r/min，攪拌15h后制出正極漿料，再以單面面密度為20mg/cm2涂覆在鋁箔表面，然后將前述鋁箔置于烘箱中，在溫度120°C的條件下烘干，再以壓實(shí)密度為2.9g/cm3輥壓制得所需的富鋰錳基正極片，然后再依據(jù)正常工序進(jìn)行制作負(fù)極極片、制作鋰離子電池工序。
[0020]實(shí)施例2:先在真空攪拌機(jī)中加入一定量的N-甲基吡咯烷酮，然后按照聚偏二氟乙烯3%、導(dǎo)電石墨2%、納米Si023%、和富鋰錳基材料92%的重量百分比，依次加入聚偏二氟乙烯、導(dǎo)電石墨、納米Si02、和富鋰錳基材料，攪拌的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)速度分別為1800r/min和35r/min，攪拌15h后制出正極漿料，再以單面面密度為20mg/cm2涂覆在鋁箔表面，然后將前述鋁箔置于烘箱中，在溫度120°C的條件下烘干，再以壓實(shí)密度為2.9g/cm3輥壓制得所需的富鋰錳基正極片，然后再依據(jù)正常工序進(jìn)行制作負(fù)極極片、制作鋰離子電池工序。
[0021]實(shí)施例3:先在真空攪拌機(jī)中加入一定量的N-甲基吡咯烷酮，然后依次加入聚偏二氟乙烯3%、導(dǎo)電石墨2%、納米Si022%、A12033%、富鋰錳基材料90%的重量百分比，依次加入聚偏二氟乙烯、導(dǎo)電石墨、納米Si02、A1203和富鋰錳基材料，攪拌的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)速度分別為1800r/min和35r/min，攪拌15h后制出正極漿料，再以單面面密度為20mg/cm2涂覆在鋁箔表面，然后將前述鋁箔置于烘箱中，在溫度120°C的條件下烘干，再以壓實(shí)密度為
2.9g/cm3輥壓制得所需的富鋰錳基正極片，然后再依據(jù)正常工序進(jìn)行制作負(fù)極極片、制作鋰離子電池工序。
[0022]如圖1-4所示，依據(jù)本發(fā)明制作的鋰離子電池具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、大大提高了鋰離子電池循環(huán)壽命、低溫放電、倍率放電、安全等性能。
[0023]顯而易見，上述實(shí)施方式僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，任何在此基礎(chǔ)上的簡單改進(jìn)均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種高性能富錳鋰基正極漿料由N-甲基吡咯烷酮、正極粘結(jié)劑、正極導(dǎo)電劑、富鋰錳基材料、納米Si02和納米A1203中的一種或兩種制成，其特征在于所述的正極粘結(jié)劑、正極導(dǎo)電劑、富鋰錳基材料、納米Si02及納米A1203的重量百分比為正極粘結(jié)劑2%-5%、正極導(dǎo)電劑1%_5%、富鋰錳基材料90%-95%、納米Si021%-5%、納米A12031_5%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高性能富錳鋰基正極漿料，其特征在于所述的正極粘結(jié)劑至少包括以下成份中的一種或一種以上:聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯一六氟丙烯、聚四氟乙烯、丙烯酸、丁苯橡膠。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高性能富錳鋰基正極漿料，其特征在于所述的正極導(dǎo)電劑至少包括以下一種或幾種:導(dǎo)電石墨、乙炔黑、碳納米管、納米粉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高性能富錳鋰基正極漿料，其特征在于所述的富鋰錳基材料，其化學(xué)通式為:
Li [Li (l-2x) /3Nix-aMyMn (2-χ) /3-b] 02 ( (Μ = Co、Al、T1、Mg、Cu)，其中 0 < x ≤0.5，當(dāng) M = Co、Al時(shí)，0<y<2x，a = b = y/2;當(dāng)M = Ti時(shí)，0<y< (2-χ) /3, a = O, b =y;當(dāng) M = Mg、Cu 時(shí)，O < y < x, a = y, b = 0)。
5.一種高性能富錳鋰基正極漿料制作正極極片的方法，其特征在于包含以下步驟: a按照正極粘結(jié)劑2%-5%、正極導(dǎo)電劑1%_5%、富鋰錳基材料90%-95%、納米Si021%-5%、納米A12031-5%的重量百分比，分別配置正極粘結(jié)劑、正極導(dǎo)電劑、富鋰錳基材料、納米Si02或納米A1203中的一種或兩種，獲得正極材料；
甲基吡咯烷酮放入真空攪拌機(jī)中，然后將前述正極材料置于真空攪拌機(jī)中，在自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)速度分別為500-3000r/min和10_45r/min的條件下攪拌10-17小時(shí)獲得正極衆(zhòng)料； c將前述正極漿料以單面 面密度為18-25mg/cm2的密度涂覆在鋁箔上； d將前述涂覆有正極漿料的鋁箔置于烘箱中，在90-150°C的條件下進(jìn)行烘干； e將前述烘干的鋁箔進(jìn)行琨壓處理，最終輾壓實(shí)密度為2.8-3.2g/cm3，制得高性能富錳鋰基正極極片。
【文檔編號(hào)】H01M4/48GK103825018SQ201410095421
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年3月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月17日
【發(fā)明者】賴見, 趙海剛, 邵偉玉, 張亞麗, 趙沖 申請(qǐng)人:山東潤峰集團(tuán)新能源科技有限公司