CN103474626B - 一种高性能富锂锰锂离子电池正极极片的制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种高性能富锂锰锂离子电池正极极片的制作方法，其所采用的富锂锰基正极材料的化学式为aLi2MnO3·(1-a)LiCoxNiyMn1-x-yO2，其中0＜a＜0.5，0＜x＜1，0＜y＜1；利用该材料制作锂离子电池正极极片的步骤为烘烤、真空搅拌、涂覆、真空搅拌制得，利用本发明所提供的方法制作出的锂离子电池正极极片具有高循环性能、高倍率性、高密度性及高裹敷性的特点。

Description

一种高性能富锂锰锂离子电池正极极片的制作方法
技术领域
本发明属于锂离子电池制造领域，特别是涉及高性能富锂锰锂离子电池正极极片的制作方法。
背景技术
在锂离子电池材料领域，尤其是锂离子电池正极极片领域，目前使用最多、最广泛的是LiCoO2（氧化钴锂），但是LiCoO2（氧化钴锂）存在安全性差，耐过充性差以及对环境的污染等问题并且其制作成本高昂，尤其是其必须的金属Co比较稀缺，除此之外LiNiO2合成条件苛刻，可逆性差、稳定性差，容易引起安全问题；LiCoO2（氧化钴锂）材料系中还包括锰系LiMnO2材料，虽然锰系LiMnO2材料价格低廉、资源丰富，但是其在充放电过程中会产生层状结构向尖晶石型结构转变的情况，该转变直接导致比容量衰减快，电化学性能不稳定的问题；除上述材料之外还有一种具有Co、Ni、Mn三种金属离子协同效应的层状三元材料LiCoxNiyMn1-x-yO2，该材料虽然有效弥补了LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2各自的不足，具有比容量高、循环性能好、合成制备工艺简单、安全稳定性能较好等优点，但是其能量密度小，比容量低于200mAh/g，所以在动力电池的应用上受到了明显的限制。
研究发现，在层状氧化物材料中添加过量的锂后得到一种新固溶体富锂锰基正极材料，该材料，其化学式为aLi2MnO3·(1-a)LiCoxNiyMn1-x-yO2，其中0＜a＜0.5，0＜x＜1，0＜y＜1；该材料在4.6V电压下仍能保持稳定的结构，比容量可达到250mAh/g，另外，该材料主要以Mn元素为主，使其在价格和安全性方面都具有优势，但是目前尚无该材料在锂离子电池领域如何应用的明确方法，因此造成无法大面积使用的情况。
发明内容
为解决上述技术缺陷，利用现有的富锂锰基正极材料，提供一种富锂锰基正极材料在具体应用到锂离子电池正极极片上的方法，利用该方法制作出的锂离子电池正极极片具有高循环性能、高倍率性、高密度性及高裹敷性的特点。
为实现上述目的，本发明提供一种高性能富锂锰锂离子电池正极极片的制作方法，其所采用的富锂锰基正极材料的化学式为aLi2MnO3·(1-a)LiCoxNiyMn1-x-yO2，其中0＜a＜0.5，0＜x＜1，0＜y＜1；利用该材料制作锂离子电池正极极片的步骤为：
①分别将富锂锰基正极材料、导电剂、粘结剂放在90～120℃的烘烤箱内烘烤6～12小时；
②将步骤①所得的粘结剂加入到N-甲基吡咯烷酮溶剂中，在真空条件下搅拌5～10小时，配成浓度为5～10%的胶液；
③将步骤①富锂锰基正极材料与步骤①所得的导电剂加入到步骤②制得的胶液中，在真空条件下搅拌10～20小时，制成混合均匀的浆料，粘度在2000～4000Pa·s；
④将步骤③制作的浆料通过涂布机涂覆在铝箔双面，涂覆面密度为150～450g/cm2，将涂覆后的极片通过多节烘箱烘干，即制得高性能富锂锰锂离子电池正极极片。
作为优选，步骤①中所述的导电剂为导电碳黑（SuperPLi）、导电石墨(KS-6)、碳纳米管（CNTs），石墨烯、碳纤维中的一种或多种；所述的粘结剂为聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）的一种或多种。
作为优选，步骤④中所述的多节烘箱温度呈抛物线状态，前段与后端烘箱为85～95℃，中间烘箱温度为100～120℃，烘箱节数为6～12个。
进一步，步骤②、③中所述的真空度为-95～-80KPa。
本发明的有益效果是与现有技术相比较，本发明所提供的一种高性能富锂锰锂离子电池正极极片的制作方法所制作出的正极极片具有连续的网状骨架，包覆物束缚在正极材料表面，制得多孔碳捆绑的包覆型富锂锰基正极材料，改善了传统的包覆方法中包覆物包覆不均匀、不牢固的问题，采用该多孔碳捆绑的包覆型富锂锰基正极材料制成锂离子电池正极极片，具有优异倍率性能和循环性能，尤其是高充电截止电压时的循环稳定性。
经检测，检测结果显示，利用本发明所制作的正极极片生产的高性能富锂锰锂离子电池在3.0～4.6V电压范围内，5C放电容量为11.6Ah，0.5C放电容量为10.5Ah，5C放电容量为0.5C放电容量的90.5%，在3.0～4.4V电压范围内，0.5C充放电循环2000次后容量为初始容量的84.8%以上。
附图说明
图1，以0.5C充电/0.5C、5C倍率放电曲线图。
图2，以0.5C充放电循环曲线图。
具体实施方式
为对本发明做进一步的阐述，下面结合实施例及附图1、2对本发明做进一步说明。
实施例1，以Cu（铜）包覆富锂锰基正极材料制作富锂锰锂离子电池正极极片；
①正极极片的组成成分质量百分比为：碳捆绑的Cu包覆富锂锰基正极材料96%、碳纳米管1.5%、聚偏二氟乙烯2.5%，将上述粉料分别在-90KPa真空度下，于100℃烘烤8小时；
②将聚偏二氟乙烯粘结剂加入到N-甲基吡咯烷酮溶剂中，在真空条件下搅拌6小时，配成浓度为8%的胶液；
③将碳捆绑的Cu包覆富锂锰基正极材料与碳纳米管加入到步骤②制得的胶液中，在真空条件下搅拌14小时，制成混合均匀的浆料，粘度在2000Pa·s；
④将步骤③制作的浆料通过涂布机涂覆在铝箔双面，涂覆面密度为280g/cm2，涂覆后的极片通过多节烘箱烘干，前段与后端烘箱为90℃，中间烘箱温度为110℃，烘箱节数为8个，即制得高性能富锂锰锂离子电池正极极片。
实施例2，以LiCoO2包覆富锂锰基正极材料制作富锂锰锂离子电池正极极片；
①正极极片的组成成分质量百分比为：碳捆绑的LiCoO2包覆富锂锰基正极材料95%、超导炭黑1%、导电石墨1%、聚偏二氟乙烯3%，将上述粉料分别在-90KPa真空度下，于100℃烘烤8小时；
②将聚偏二氟乙烯粘结剂加入到N-甲基吡咯烷酮溶剂中，在真空条件下搅拌6小时，配成浓度为8%的胶液；
③将碳捆绑的LiCoO2包覆富锂锰基正极材料与碳纳米管加入到步骤②制得的胶液中，在真空条件下搅拌12小时，制成混合均匀的浆料，粘度在3000Pa·s；
④将步骤③制作的浆料通过涂布机涂覆在铝箔双面，涂覆面密度为320g/cm2，涂覆后的极片通过多节烘箱烘干，前段与后端烘箱为95℃，中间烘箱温度为115℃，烘箱节数为8个，即制得高性能富锂锰锂离子电池正极极片。
对上述方法制作的锂离子电池正极极片进行检测结合检测结果附图1得知，高性能富锂锰锂离子电池的5C放电容量为11.6Ah，0.5C放电容量为10.5Ah，5C放电容量是0.5C放电容量的90.5%。
对上述方法制作的锂离子电池正极极片进行检测结合检测结果附图2得知，高性能富锂锰锂离子电池，在3.0～4.4V电压范围内，0.5C充放电循环2000次后容量为初始容量的84.8%以上。
显而易见的，上述实施例仅为本发明的较佳实施方式，任何再次基础上的简单改变均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种高性能富锂锰锂离子电池正极极片的制作方法，其特征在于采用化学式为aLi2MnO3·(1-a)LiCoxNiyMn1-x-yO2，其中0＜a＜0.5，0＜x＜1，0＜y＜1的富锂锰基正极材料制作锂离子电池正极极片，其制作步骤为：
①分别将富锂锰基正极材料、导电剂、粘结剂放在烤箱内烘烤；
②将步骤①所得的粘结剂加入到N-甲基吡咯烷酮溶剂中，在真空条件下搅拌，配成浓度为5～10%的胶液；
③将步骤①富锂锰基正极材料与步骤①所得的导电剂加入到步骤②制得的胶液中，在真空条件下搅拌，制成混合均匀的浆料；
④将步骤③制作的浆料通过涂布机涂覆在铝箔双面，将涂覆后的极片通过多节烘箱烘干，即制得高性能富锂锰锂离子电池正极极片，所述的多节烘箱温度呈抛物线状态，前段与后端烘箱为85～95℃，中间烘箱温度为100～120℃，烘箱节数为6～12个。
2.根据权利要求1所述的一种高性能富锂锰锂离子电池正极极片的制作方法，其特征在于所述的导电剂为导电碳黑（SuperPLi）、导电石墨(KS-6)、碳纳米管（CNTs），石墨烯、碳纤维中的一种或多种；所述的粘结剂为聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）的一种或多种。
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