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(shuō)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(lái)說(shuō)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(lái)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(wú)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(lái)，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(shuō)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