CN101087017A - 高功率大容量锂离子电池正极极片及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高功率、大容量锂离子电池正极极片及其制作方法。该正极极片包括正极材料、导电剂、粘合剂和集流体，采用的正极材料是磷酸铁锂(LiFePO₄)或者改性后的磷酸铁锂或者磷酸铁锂和钴酸锂或锰酸锂的混合物；其导电剂是碳纳米管、碳纤维、乙炔黑、超导碳黑和导电石墨中一种或两种或两种以上的混合物，其中必须有一种是碳纳米管；正极材料、黏合剂和导电剂的重量百分比分别为75～95％，2～15％，1～15％。在复合导电剂中，碳纳米管、碳纤维、乙炔黑、超导碳黑和导电石墨占导电剂总重量百分比分别为1～100％，0～99％，0～99％，0～99％，0～99％。本发明解决了磷酸铁锂锂离子电池高功率充放电条件下比容量急剧下降，循环寿命大幅度缩短的问题。

Description

高功率大容量锂离子电池正极极片及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池及其制作方法，尤其公开了一种高功率大容量锂离子电池正极极片及其制作方法。

背景技术

钴酸锂作为锂离子电池正极材料在移动电话、摄录像机、笔记本电脑、数码相机、媒体播放器等便携式电子产品领域表现出优异的性能，但是，它在较高温度下容易释放出氧气，带来严重的安全隐患。现在科学界普遍认为钴酸锂不适合作为电动汽车用高功率、高容量锂离子电池正极材料。同时，由于钴酸锂价格昂贵，多年来铅酸电池都压倒性占据了大部分的市场。因此，寻找低成本、高性能的正极材料是推动锂离子电池广泛应用的需要，尤其是发展电动汽车(EV)、混合电动车(HEV)的关键。可以说，从锂离子开始使用的那一天起，科学家就已经在寻找性价比更高的正极材料。磷酸铁锂价格便宜、比容量高、安全性能好，是理想的锂离子电池正极材料，尤其是它较高温度下的稳定性能给高功率、高容量电池提供了安全保障，是动力电池材料的理想选择。但是磷酸铁锂电导率低，在充放电过程中易发生极化现象，大电流高倍率下容量大幅度下降，性能很不理想。磷酸铁锂要想真正实现应用，必须解决目前存在的这些问题。

碳纳米管是一种由石墨卷成的无缝空心管，碳原子最外层的电子通过sp²杂化和相邻的三个碳原子形成稳定的键，剩余的一个电子形成离域大π键。因此，在碳纳米管管壁存在大量可以自由移动的电子，并且这些自由电子分布在碳纳米管的表面，因而碳纳米管具有优异的导电性能，是一种优良的导电剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种包含磷酸铁锂正极材料的高功率、大容量锂离子电池正极极片及其制作方法。

本发明包括一种高功率、大容量锂离子电池正极极片，包括正极材料、导电剂、粘合剂和集流体，采用的正极材料是磷酸铁锂(LiFePO₄)或者改性后的磷酸铁锂或者磷酸铁锂和钴酸锂或锰酸锂的混合物；其导电剂是碳纳米管、碳纤维、乙炔黑、超导碳黑和导电石墨中一种或两种或两种以上的混合物，其中必须有一种是碳纳米管；正极材料、黏合剂和导电剂的重量百分比分别为75～95％，2～15％，1～15％。在复合导电剂中，碳纳米管、碳纤维、乙炔黑、超导碳黑和导电石墨占导电剂总重量百分比分别为1～100％，0～99％，0～99％，0～99％，0～99％。

本发明提供了一种制作高功率锂离子电池正极极片的方法，包括以下步聚：

1)称量一定量的碳纳米管、碳纤维，在去离子水或有机分散剂中超声分散；

2)称量一定量的粘合剂和溶剂加入到搅拌机中使其充分溶解；

3)称取一定量的乙炔黑、导电石墨、超导石墨和正极材料干法研磨，将此混合均匀的混合物加入到正在超声分散的碳纳米管溶液中，充分混合均匀后，加入溶解好的粘合剂溶液，混合均匀后用溶剂稀释浆料得到粘度为500～10000Pa.s左右的正极浆料；

4)所述的上述浆料涂敷在正极集流体上，涂布厚度为20～200μm，在60～120℃下真空干燥3～8小时后，在辊压机上辊压得到厚度为20～100μm的正极极片。

本发明所说的碳纳米管是一种由石墨卷成的无缝中空管，根据卷绕的层数分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。

本发明所述的有机分散剂为无水乙醇和丙酮中的一种或二者的混合物。

本发明的锂离子电池正极极片具有导电性好的特点，以这种极片制成的电芯，在高功率充放电条件下(10C)，放电容量保持标称容量(0.2C)的80％。

具体实施方式

实施例1：

在100ml无水酒精中加入碳纳米管(CNTs)5g，超声分散；称取乙炔黑(AB)5g，磷酸铁锂(LFP)80g在搅拌式球磨机中充分搅拌；称取10g聚偏氟乙烯(PVDF)溶解在100g N-甲基吡咯烷酮(NMP)中搅拌使其充分溶解；首先将上述搅拌球磨后的AB和LFP的混合物加入到超声分散中的CNTs溶液中，再将上述混合物加入到溶解了PVDF的NMP中，然后转移至高速搅拌机中以2000转/分钟的速度搅拌1～2小时，再加入100g NMP稀释得到粘度为5000Pa.s的浆料。使用流延式涂布机将此浆料均匀涂在20μm的铝箔上，涂布厚度为100μm。120℃下真空干燥6小时后在辊压机下辊压得到90μm的正极极片。打片后作为正极，然后以锂片为对电极，美国Celgard 2400为隔膜，以1.0mo1·L^-1LiPF₆/EC+DMC[V(EC)∶V(DMC)＝1∶1]为电解液，在充满氩气的不锈钢手套箱中装配成扣式电池。在Land-BTL10(蓝电)全自动电池程控测试仪上进行恒流恒压充放电测试，放电倍率分别为0.1-3C，充放电电压范围为2.40～3.90V。在1C倍率下放电容量为125mAh·g^-1，达到0.2C放电倍率时的90％.

实施例2：

将实施例1中的乙炔黑用导电石墨取代。混合浆料、电极制作、电池组装和测试条件和实施例1中一致。在1C倍率下放电容量为120mAh·g^-1，达到0.2C放电倍率时的86％.

实施例3：

将实施例1中的乙炔黑用碳纳米管取代。混合浆料、电极制作、电池组装和测试条件和实施例1中一致。在1C倍率下放电容量为130mAh·g^-1，达到0.2C放电倍率时的92.80％.

对比例1：

将实施例1中的碳纳米管用乙炔黑取代。混合浆料、电极制作、电池组装和测试条件和实施例1中一致。在1C倍率下放电容量为105mAh·g^-1，达到0.2C放电倍率时的75％.

对比例2：

将实施例1中的碳纳米管用导电石墨取代。混合浆料、电极制作、电池组装和测试条件和实施例1中一致。在1C倍率下放电容量为110mAh·g^-1，达到0.2C放电倍率时的75％.

对比例3：

将实施例1中的碳纳米管和乙炔黑用导电石墨取代。混合浆料、电极制作、电池组装和测试条件和实施例1中一致。在1C倍率下放电容量为100mAh·g^-1，达到0.2C放电倍率时的75％.

Claims (5)

1.一种高功率、大容量锂离子电池正极极片，包括正极材料、导电剂、粘合剂和集流体，其特征在于极片所采用的正极材料是磷酸铁锂(LiFePO₄)或者改性后的磷酸铁锂或者磷酸铁锂和钴酸锂或锰酸锂的混合物；其导电剂是碳纳米管、碳纤维、乙炔黑、超导碳黑和导电石墨中一种或两种或两种以上的混合物，其中必须有一种是碳纳米管；正极材料、黏合剂和导电剂的重量百分比分别为75～95％，2～15％，1～15％。

2.根据权利要求1所述的导电剂其特征在于：碳纳米管、碳纤维、乙炔黑、超导碳黑和导电石墨占导电剂总重量百分比分别为1～100％，0～99％，0～99％，0～99％，0～99％。

3.根据权利要求2所述的碳纳米管其特征在于具有中空管状结构，其长度为0.1～200μm，管外径为3～100nm。

4.一种制备权利要求1所述高功率、大容量锂离子电池正极极片的方法，其特征在于该方法按以下步聚进行：

1)称量一定量的碳纳米管、碳纤维，在去离子水或有机分散剂中超声分散；

2)称量一定量的粘合剂和溶剂加入到搅拌机中使其充分溶解；

3)称取一定量的乙炔黑、导电石墨、超导石墨和正极材料干法研磨，将此混合均匀的混合物加入到正在超声分散的碳纳米管溶液中，充分混合均匀后，加入溶解好的粘合剂溶液，混合均匀后用溶剂稀释浆料得到粘度为500～10000Pa.s左右的正极浆料；

4)所述的上述浆料涂敷在正极集流体上，涂布厚度为20～200μm，在60～120℃下真空干燥3～8小时后，在辊压机上辊压得到厚度为20～100μm的正极极片。

5.根据权利要求4所述的有机分散剂其特征在于为无水乙醇和丙酮中的一种或二者的混合物。