CN101752563B - 一种锂离子电池正极材料及其制备方法 - Google Patents

一种锂离子电池正极材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池正极材料配方的改进及其制备方法。一种锂离子电池正极材料配方，按重量百分比计算，包含钴酸锂70～89％、导电剂0～5％和粘结剂1～5％，还包含磷酸钒锂1～20％。其中磷酸钒锂最优添加量为5～10％。本锂离子电池正极材料的配方里添加适量的磷酸钒锂，可以缓解前期放电平台下降速度，能有效防止锂离子电池前期放电电压下降过快，从而改善锂离子电池在大电流或低温条件下的性能。而对应的制备方法，可以使各种物质分散比较均匀，有利于获得面密度比较均匀的正极极片，对电芯一致性的提升有很大帮助。

Description

一种锂离子电池正极材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池正极材料配方的改进及其制备方法。
背景技术
近年来，锂离子电池因具有容量大、安全性和放电稳定性较好、可多次充电反复使用且没有记忆效应等优点，已渐渐取代普通电池被广泛应用于各种电器的供电。另外，锂离子电池因体积小、重量轻且对环境无污染或污染很小，得到了广大使用者的认可。目前多数锂离子电池采用钴酸锂、锰酸锂、三元材料等活性材料与导电剂和粘结剂混合的组成物作为电池正极材料，常用的组成物配方以重量百分比计含90％钴酸锂(或锰酸锂或三元材料)、5％导电碳和5％粘结剂。采用这种组成物作为电池正极材料的特点是锂离子电池放电前期电压下降较快，尤其是在大电流或者低温条件下，锂离子电池进行放电容易导致锂离子电池电压快速降至截止电压以下，从而导致整个电池失效。当前，为了克服现有锂离子电池前期放电电压下降过快的缺陷，解决锂离子电池在大电流或低温条件下性能较低的问题，本领域技术人员针对电池正极材料组成物配方做了大量研究，但到目前为止并没有取得显著成效。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能有效防止锂离子电池前期放电电压下降过快、改善锂离子电池在大电流或低温条件下的性能的锂离子电池正极材料及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明实现的方案是：
一种锂离子电池正极材料配方，按重量百分比计算，包含钴酸锂70～89％、导电剂0～5％和粘结剂1～5％，还包含磷酸钒锂1～20％。
优选地，按重量百分比计算，包含粘结剂1～5％、钴酸锂80～85％，磷酸钒锂5～10％。
所述电剂为石墨或乙炔碳黑，粘结剂为PVDF树脂或聚偏氟乙烯，所述磷酸钒锂的化学式为Li3V2(PO4)3。
本锂离子电池正极材料的制备方法包括以下步骤：
1>、将适量的粘结剂加到搅拌缸并加入相应溶剂高速搅拌至粘结剂充分溶解到溶剂中；按配方比例加入导电剂高速搅拌至导电剂分散均匀；
2>、配方比例加入磷酸钒锂高速搅拌至磷酸钒锂分散均匀后加入对应比例的钴酸锂高速搅拌至钴酸锂分散均匀制得悬浮液；
3>将步骤2>所得悬浮液均匀涂覆在集流体上使溶剂完全蒸发，获得锂离子电池正极材料。
上述制备方法所用的溶解粘结剂的溶剂选用N-甲基吡咯烷酮NMP
与现有技术相比，本发明具有的优点在于：
本锂离子电池正极材料的配方里添加了适量的磷酸钒锂，由于磷酸钒锂拥有较高的放电平台且该放电平台较为平稳，可以缓解前期放电平台下降速度，能有效防止锂离子电池前期放电电压下降过快，从而改善锂离子电池在大电流或低温条件下的性能。
本发明的制备方法，可以使各种物质分散比较均匀，有利于获得面密度比较均匀的正极极片，对电芯一致性的提升有很大帮助。
附图说明
图1是磷酸钒锂含量分别为0％，1％、5％、10％、20％时的锂离子电池正极材料制得的锂离子电池在25℃条件下进行45C放电曲线图；其中0％和1％曲线几乎重合。
图2是磷酸钒锂含量分别为0％，1％、5％、10％、20％时的锂离子电池正极材料制得的锂离子电池在-10℃条件下进行20C放电曲线图；其中0％和1％曲线几乎重合。
具体实施方式
本发明旨在保护一种含有磷酸钒锂的新型锂锂离子正极材料及相应的制备方法，采用本发明锂离子正极材料制备锂离子电池可以明显改善锂离子二次电池的大电流放电性能，尤其是在低温时，有效避免前期压降过快导致降电池不能放电；提高整个电池的放电电压平台，提高输出功率。该锂离子电池正极材料的主要组分及含量分别是，按重量百分比计算，包含钴酸锂70～89％、导电剂0～5％和粘结剂1～5％，磷酸钒锂1～20％，其中磷酸钒锂的最优添加量为5～10％，本发明所选择磷酸钒锂的化学式为Li3V2(PO4)3
以下通过实施例对本发明做进一步说明：
本发明的锂离子电池正极材料在现有钴酸锂体系正极材料中添加适量的磷酸钒锂，可以缓解前期放电平台下降速度，能有效防止锂离子电池前期放电电压下降过快，从而改善锂离子电池在大电流或低温条件下的性能。
实施例1
按重量百分比计算，将5％粘结剂PVDF和适量的定量溶剂NMP加到搅拌缸中，高速搅拌至粘结剂充分溶解到溶剂NMP中；加入5％石墨导电剂，高速搅拌至导电剂分散均匀；加入1％的磷酸钒锂，高速搅拌至磷酸钒锂分散均匀；加入89％的钴酸锂，高速搅拌至钴酸锂分散均匀制得悬浮液；将所得悬浮液均匀涂覆在集流体上使溶剂NMP完全蒸发，获得锂离子电池正极材料。
实施例2
将5％的粘结剂PVDF和定量溶剂NMP加到搅拌缸中，高速搅拌至粘结剂充分溶解到溶剂NMP中；加入石墨导电剂5％，高速搅拌至导电剂分散均匀；加入磷酸钒锂5％，高速搅拌至磷酸钒锂分散均匀；加入钴酸锂85％，高速搅拌至钴酸锂分散均匀制得悬浮液；将所得悬浮液均匀涂覆在集流体上使溶剂NMP完全蒸发，获得锂离子电池正极材料。
实施例3
将5％粘结剂PVDF和定量溶剂NMP加到搅拌缸中，高速搅拌至粘结剂充分溶解到溶剂NMP中；加入5％石墨导电剂，高速搅拌至导电剂分散均匀；加入磷酸钒锂10％，高速搅拌至磷酸钒锂分散均匀；加入钴酸锂80％，高速搅拌至钴酸锂分散均匀制得悬浮液，将所得悬浮液均匀涂覆在集流体上使溶剂NMP完全蒸发，获得锂离子电池正极材料。
实施例4
将5％的粘结剂聚偏氟乙烯和定量溶剂NMP加到搅拌缸中，高速搅拌至粘结剂充分溶解到溶剂NMP中；加入乙炔碳黑导电剂5％，高速搅拌至导电剂分散均匀；加入磷酸钒锂20％，高速搅拌至磷酸钒锂分散均匀；加入钴酸锂70％，高速搅拌至钴酸锂分散均匀制得悬浮液；将所得悬浮液均匀涂覆在集流体上使溶剂NMP完全蒸发，获得锂离子电池正极材料。
如图1所示，用以上各实施例中的锂离子电池正极材料制得的锂离子电池在25℃条件下进行45C放电，实验证明，不包含磷酸钒锂的锂离子电池在放电前期电压下降很快，包含磷酸钒锂的锂离子电池在放电前期电压下降明显有所缓慢，特别是磷酸钒锂含量为5％～10％时，锂离子电池在放电前期电压下降最慢。
如图2所示，用以上各实施例中的锂离子电池正极材料制得的锂离子电池在-10℃条件下进行20C放电，实验证明，添加磷酸钒锂后可以避免锂离子电池电压放电前期电压下降过快而导致电器不能正常工作。
通过以上研究表明，随着磷酸钒锂LVP添加量增加，前期放电的最低电压会提高，这样就可以避免在放电前期电压下降过低而达到用电器的截止电压使得整个电池失效。从图可以看出，磷酸钒锂在添加1％时效果不是很明显，大电流放电曲线和低温放电曲线都和不添加磷酸钒锂时几乎重合。而随着磷酸钒锂添加量的增加，前期放电平台改善效果显著，但是当磷酸钒锂比例超过10％后，后期放电平台会降低，对整个电池能量密度输出不利，尤其是在添加20％以上时还会影响整个电池的放电容量保持率.所以，磷酸钒锂最优的添加范围为：5％～10％。
表1是不同的磷酸钒锂添加量在不同的放电条件下前期最低电压比较：
Figure G201010019293XD00051
表1
综上所述，本发明的锂离子电池正极材料配方能有效防止锂离子电池前期放电电压下降过快、改善锂离子电池在大电流或低温条件下的性能，适合用于制备锂离子电池正极材料在工业生产上推广应用。
上述仅为本发明优选实施例，这些实施例仅仅用于解释本发明而不能理解为对本发明的限制，在不背离本发明权利要求中所请求保护的范围的情况下，可以对上述实施方案进行各种改进和变化。

Claims (3)

1.一种锂离子电池正极材料，按重量百分比计算，包含钴酸锂70～88％、导电剂0～5％和粘结剂1～5％，磷酸钒锂5～20％，所述的导电剂为石墨或乙炔碳黑，粘结剂为PVDF树脂，所述磷酸钒锂的化学式为Li3V2(PO4)3。
2.使用权利要求1所述的锂离子电池正极材料的锂离子电池正极的制备方法，包括以下步骤：
1＞、将适量的粘结剂加到搅拌缸并加入相应溶剂高速搅拌至粘结剂充分溶解到溶剂中；按配方比例加入导电剂高速搅拌至导电剂分散均匀；
2＞、按配方比例加入磷酸钒锂高速搅拌至磷酸钒锂分散均匀后加入对应比例的钴酸锂高速搅拌至钴酸锂分散均匀制得悬浮液；
3＞将步骤2＞所得悬浮液均匀涂覆在集流体上使溶剂完全蒸发，获得锂离子电池正极材料。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池正极的制备方法，其特征在于：所述的溶解粘结剂的溶剂选用N-甲基吡咯烷酮NMP。
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