CN106450199A - 一种安全环保的高倍率锂离子电池的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种安全环保的高倍率锂离子电池的制备方法，其正极片采用Al2O3包覆LiNixCoyMn1‑x‑yO2正极材料和导电剂、粘合剂、草酸铵、去离子水制得，负极片采用石墨碳材料进行等离子体处理后与导电剂、粘合剂、增稠剂和去离子水制得。其中Al2O3包覆LiNixCoyMn1‑x‑yO2正极材料采用喷雾干燥法制备。本发明制得的锂离子电池充放电性能稳定，倍率高，能量密度大，安全环保。

Description

一种安全环保的高倍率锂离子电池的制备方法
技术领域：
本发明涉及电池技术领域，具体的涉及一种安全环保的高倍率锂离子电池的制备方法。
背景技术：
锂离子电池已成为人们生活必需品，手机、笔记本电脑、相机等便携式电子设备都离不开锂离子电池，正是由于锂离子电池优异性能使得它所占市场比额越来越大。锂离子电池的高容量、高电压、无记忆效应、环保无污染等众多优点使得人们还希望它能在更广阔的空间和领域做出贡献，如作为新能源应用在电动汽车、航空航天等领域。
但是，由于锂离子电池还存在一些未能解决的问题，它在电动车行业一直未能大展拳脚。主要是由于以下几个原因：首先锂离子电池安全性还让人们不放心，其次，动力领域要求电池高电压、高容量、高功率，现有技术还不能使得单体锂离子电池满足以上要求，而且现有锂离子电池的饿正极材料的比容量较低，在动力领域需要将单体电池组合成电池组来使用。单体锂离子电池性能优越，组成电池组以后却不能达到单体电池性能。往往由于单体电池性能不一致或者不恰当的电池管理系统导致电池循环寿命减少、安全性能降低、容量不达标。
发明内容：
本发明的目的是提供一种安全环保的高倍率锂离子电池的制备方法，其制得的锂离子电池具有优异的充放电性能，稳定性好，倍率高，能量密度大。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种安全环保的高倍率锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)正极片的制备
a)将LiOH配制成的溶液B加入到Al(OH)3·9H2O和C6H8O7·H2O配制而成的混合溶液A中，搅拌混合均匀，控制其pH为9.8-10.2，制得铝溶胶；
b)称量LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料，缓慢加入到铝溶胶中，搅拌反应1-5h，得到混合浆料，用蠕动泵将混合浆料加入到喷雾干燥机中，设置好参数，得到Al(OH)3包覆的LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料前驱体；
c)将步骤b)制得的前驱体粉末放入气氛炉中进行固相烧结，得到Al2O3包覆LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料；
d)将制得的Al2O3包覆LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料和导电剂、粘合剂、草酸铵、去离子水混合搅拌均匀，放入三辊研磨机中研磨1-2h，得到正极浆料；
e)采用雾化喷枪将步骤d)制得的正极浆料均匀喷涂在正极集流体上，经干燥、辊压、裁片后，得到正极片；
(2)负极片的制备
A)将石墨碳材料进行等离子体处理后与导电剂、粘合剂、增稠剂和去离子水混合搅拌均匀，采用三辊研磨机研磨1-3h后得到负极浆料；
B)将步骤A)制得的负极浆料涂覆在负极集流体上，干燥、辊压、裁片后，得到负极片；
(3)锂离子电池的制备
将制得的正极片、负极片与隔膜材料卷绕成电芯，采用铝塑膜封装，经真空干燥后注入电解液，通过充放电化成，激活电池，得到高倍率锂离子电池。
作为上述技术方案的优选，步骤a)中，所述Al(OH)3·9H2O、C6H8O7·H2O的质量比为4.62:2.64。
作为上述技术方案的优选，步骤a)中，所述溶液B的浓度为8-9％。
作为上述技术方案的优选，步骤b)中，所述参数设置为：进风温度150-200℃，出风温度80-90℃，引风机频率30-40Hz。
作为上述技术方案的优选，步骤c)中，所述固相烧结的条件为：以2-3℃/min的速度升温至600℃，恒温烧结8-10h，然后随炉冷却至室温。
作为上述技术方案的优选，步骤d)中，所述Al2O3包覆LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料、导电剂、粘合剂、草酸铵和去离子水质量比为(15-20)：(1-5)：(1.5-2.5)：(1-2)：(12-20)。
作为上述技术方案的优选，步骤d)、步骤A)中所述的导电剂为乙炔黑、石墨、炭黑、中空碳球、泡沫碳、泡沫铜、碳纳米管中的一种。
作为上述技术方案的优选，步骤d)、步骤A)中所述的粘合剂为海藻酸钠、海藻酸钾中的一种。
作为上述技术方案的优选，步骤A)中，所述等离子体处理的条件为：压力为50-80Pa，温度为-20-50℃，等离子体处理的功率为500-1000W/cm2，处理的时间为1-2h。
作为上述技术方案的优选，步骤A)中，所述石墨碳材料、导电剂、粘合剂、增稠剂和去离子水的质量比为(75-85)：(2-8)：(2-4)：(1-3)：(80-90)。
本发明具有以下有益效果：
本发明采用喷雾干燥法，并合理控制其条件，使得氧化铝均匀的包覆在镍钴锰酸锂正极材料表面，制得的正极材料比容量高，热稳定性能优异；
本发明采用氧化铝包覆的镍钴锰酸锂作为正极活性物质、石墨碳材料作为负极活性物质，制得的锂离子电池倍率高，电学性能好，且制备方法简单，成本低，适于工业化生产。
具体实施方式：
为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。
实施例1
一种安全环保的高倍率锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)正极片的制备
a)将LiOH配制成的溶液B加入到Al(OH)3·9H2O和C6H8O7·H2O配制而成的混合溶液A中，搅拌混合均匀，控制其pH为9.8-10.2，制得铝溶胶；
b)称量LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料，缓慢加入到铝溶胶中，搅拌反应1h，得到混合浆料，用蠕动泵将混合浆料加入到喷雾干燥机中，设置参数为进风温度150℃，出风温度80℃，引风机频率30Hz，得到Al(OH)3包覆的LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料前驱体；
c)将步骤b)制得的前驱体粉末放入气氛炉中，以2℃/min的速度升温至600℃，恒温烧结8h，然后随炉冷却至室温，得到Al2O3包覆LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料；
d)将制得的Al2O3包覆LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料和乙炔黑、海藻酸钠、草酸铵、去离子水混合搅拌均匀，放入三辊研磨机中研磨1h，得到正极浆料，其中，Al2O3包覆LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料、乙炔黑、海藻酸钠、草酸铵、去离子水的质量比为15：1：1.5：1：12；
e)采用雾化喷枪将步骤d)制得的正极浆料均匀喷涂在正极集流体上，经干燥、辊压、裁片后，得到正极片；
(2)负极片的制备
A)将石墨碳材料在压力为50Pa，温度为-20-50℃，处理的功率为500W/cm2下，进行等离子体处理1h，然后与乙炔黑、海藻酸钠、羧甲基纤维素和去离子水混合搅拌均匀，采用三辊研磨机研磨1h后得到负极浆料，其中，石墨碳材料、乙炔黑、海藻酸钠、羧甲基纤维素和去离子水的质量比为75：2：2：1：80；
B)将步骤A)制得的负极浆料涂覆在负极集流体上，干燥、辊压、裁片后，得到负极片；
(3)锂离子电池的制备
将制得的正极片、负极片与隔膜材料卷绕成电芯，采用铝塑膜封装，经真空干燥后注入电解液，通过充放电化成，激活电池，得到高倍率锂离子电池。
实施例2
一种安全环保的高倍率锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)正极片的制备
a)将LiOH配制成的溶液B加入到Al(OH)3·9H2O和C6H8O7·H2O配制而成的混合溶液A中，搅拌混合均匀，控制其pH为9.8-10.2，制得铝溶胶；
b)称量LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料，缓慢加入到铝溶胶中，搅拌反应5h，得到混合浆料，用蠕动泵将混合浆料加入到喷雾干燥机中，设置参数为进风温度200℃，出风温度90℃，引风机频率40Hz，得到Al(OH)3包覆的LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料前驱体；
c)将步骤b)制得的前驱体粉末放入气氛炉中，以3℃/min的速度升温至600℃，恒温烧结10h，然后随炉冷却至室温，得到Al2O3包覆LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料；
d)将制得的Al2O3包覆LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料和石墨、海藻酸钠、草酸铵、去离子水混合搅拌均匀，放入三辊研磨机中研磨2h，得到正极浆料，其中，Al2O3包覆LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料、石墨、海藻酸钠、草酸铵、去离子水的质量比为20：5：2.5：2：20；
e)采用雾化喷枪将步骤d)制得的正极浆料均匀喷涂在正极集流体上，经干燥、辊压、裁片后，得到正极片；
(2)负极片的制备
A)将石墨碳材料在压力为80Pa，温度为-20-50℃，处理的功率为1000W/cm2下，进行等离子体处理2h，然后与石墨、海藻酸钾、羧甲基纤维素和去离子水混合搅拌均匀，采用三辊研磨机研磨3h后得到负极浆料，其中，石墨碳材料、石墨、海藻酸钾、羧甲基纤维素和去离子水的质量比为85：8：4：3：90；
B)将步骤A)制得的负极浆料涂覆在负极集流体上，干燥、辊压、裁片后，得到负极片；
(3)锂离子电池的制备
将制得的正极片、负极片与隔膜材料卷绕成电芯，采用铝塑膜封装，经真空干燥后注入电解液，通过充放电化成，激活电池，得到高倍率锂离子电池。
实施例3
一种安全环保的高倍率锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)正极片的制备
a)将LiOH配制成的溶液B加入到Al(OH)3·9H2O和C6H8O7·H2O配制而成的混合溶液A中，搅拌混合均匀，控制其pH为9.8-10.2，制得铝溶胶；
b)称量LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料，缓慢加入到铝溶胶中，搅拌反应2h，得到混合浆料，用蠕动泵将混合浆料加入到喷雾干燥机中，设置参数为进风温度160℃，出风温度85℃，引风机频率35Hz，得到Al(OH)3包覆的LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料前驱体；
c)将步骤b)制得的前驱体粉末放入气氛炉中，以2.5℃/min的速度升温至600℃，恒温烧结8.5h，然后随炉冷却至室温，得到Al2O3包覆LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料；
d)将制得的Al2O3包覆LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料和中空碳球、海藻酸钾、草酸铵、去离子水混合搅拌均匀，放入三辊研磨机中研磨1.2h，得到正极浆料，其中，Al2O3包覆LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料、中空碳球、海藻酸钾、草酸铵、去离子水的质量比为16：2：2：1：14；
e)采用雾化喷枪将步骤d)制得的正极浆料均匀喷涂在正极集流体上，经干燥、辊压、裁片后，得到正极片；
(2)负极片的制备
A)将石墨碳材料在压力为60Pa，温度为-20-50℃，处理的功率为600W/cm2下，进行等离子体处理1.4h，然后与中空碳球、海藻酸钾、羧甲基纤维素和去离子水混合搅拌均匀，采用三辊研磨机研磨1.5h后得到负极浆料，其中，石墨碳材料、中空碳球、海藻酸钾、羧甲基纤维素和去离子水的质量比为77：4：2.5：1.5：80；
B)将步骤A)制得的负极浆料涂覆在负极集流体上，干燥、辊压、裁片后，得到负极片；
(3)锂离子电池的制备
将制得的正极片、负极片与隔膜材料卷绕成电芯，采用铝塑膜封装，经真空干燥后注入电解液，通过充放电化成，激活电池，得到高倍率锂离子电池。
实施例4
一种安全环保的高倍率锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)正极片的制备
a)将LiOH配制成的溶液B加入到Al(OH)3·9H2O和C6H8O7·H2O配制而成的混合溶液A中，搅拌混合均匀，控制其pH为9.8-10.2，制得铝溶胶；
b)称量LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料，缓慢加入到铝溶胶中，搅拌反应3h，得到混合浆料，用蠕动泵将混合浆料加入到喷雾干燥机中，设置参数为进风温度170℃，出风温度80℃，引风机频率30Hz，得到Al(OH)3包覆的LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料前驱体；
c)将步骤b)制得的前驱体粉末放入气氛炉中，以3℃/min的速度升温至600℃，恒温烧结9h，然后随炉冷却至室温，得到Al2O3包覆LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料；
d)将制得的Al2O3包覆LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料和泡沫铜、海藻酸钠、草酸铵、去离子水混合搅拌均匀，放入三辊研磨机中研磨1-2h，得到正极浆料，其中，Al2O3包覆LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料、泡沫铜、海藻酸钠、草酸铵、去离子水的质量比为18：3：2：1.5：16；
e)采用雾化喷枪将步骤d)制得的正极浆料均匀喷涂在正极集流体上，经干燥、辊压、裁片后，得到正极片；
(2)负极片的制备
A)将石墨碳材料在压力为60Pa，温度为-20-50℃，处理的功率为700W/cm2下，进行等离子体处理1.4h，然后与泡沫铜、海藻酸钠、羧甲基纤维素和去离子水混合搅拌均匀，采用三辊研磨机研磨1-3h后得到负极浆料，其中，石墨碳材料、泡沫铜、海藻酸钠、羧甲基纤维素和去离子水的质量比为80：6：3：1：85；
B)将步骤A)制得的负极浆料涂覆在负极集流体上，干燥、辊压、裁片后，得到负极片；
(3)锂离子电池的制备
将制得的正极片、负极片与隔膜材料卷绕成电芯，采用铝塑膜封装，经真空干燥后注入电解液，通过充放电化成，激活电池，得到高倍率锂离子电池。
实施例5
一种安全环保的高倍率锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)正极片的制备
a)将LiOH配制成的溶液B加入到Al(OH)3·9H2O和C6H8O7·H2O配制而成的混合溶液A中，搅拌混合均匀，控制其pH为9.8-10.2，制得铝溶胶；
b)称量LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料，缓慢加入到铝溶胶中，搅拌反应4h，得到混合浆料，用蠕动泵将混合浆料加入到喷雾干燥机中，设置参数为进风温度180℃，出风温度90℃，引风机频率40Hz，得到Al(OH)3包覆的LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料前驱体；
c)将步骤b)制得的前驱体粉末放入气氛炉中，以2℃/min的速度升温至600℃，恒温烧结9.5h，然后随炉冷却至室温，得到Al2O3包覆LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料；
d)将制得的Al2O3包覆LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料和碳纳米管、海藻酸钾、草酸铵、去离子水混合搅拌均匀，放入三辊研磨机中研磨1.6h，得到正极浆料，其中，Al2O3包覆LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料、碳纳米管、海藻酸钾、草酸铵、去离子水的质量比为19：3：2.5：1：17；
e)采用雾化喷枪将步骤d)制得的正极浆料均匀喷涂在正极集流体上，经干燥、辊压、裁片后，得到正极片；
(2)负极片的制备
A)将石墨碳材料在压力为70Pa，温度为-20-50℃，处理的功率为800W/cm2下，进行等离子体处理1.8h，然后与碳纳米管、海藻酸钾、羧甲基纤维素和去离子水混合搅拌均匀，采用三辊研磨机研磨2.5h后得到负极浆料，其中，石墨碳材料、碳纳米管、海藻酸钾、羧甲基纤维素和去离子水的质量比为82：6：3.5：3：86；
B)将步骤A)制得的负极浆料涂覆在负极集流体上，干燥、辊压、裁片后，得到负极片；
(3)锂离子电池的制备
将制得的正极片、负极片与隔膜材料卷绕成电芯，采用铝塑膜封装，经真空干燥后注入电解液，通过充放电化成，激活电池，得到高倍率锂离子电池。

Claims (10)

1.一种安全环保的高倍率锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)正极片的制备
a)将LiOH配制成的溶液B加入到Al(OH)3·9H2O和C6H8O7·H2O配制而成的混合溶液A中，搅拌混合均匀，控制其pH为9.8-10.2，制得铝溶胶；
b)称量LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料，缓慢加入到铝溶胶中，搅拌反应1-5h，得到混合浆料，用蠕动泵将混合浆料加入到喷雾干燥机中，设置好参数，得到Al(OH)3包覆的LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料前驱体；
c)将步骤b)制得的前驱体粉末放入气氛炉中进行固相烧结，得到Al2O3包覆LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料；
d)将制得的Al2O3包覆LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料和导电剂、粘合剂、草酸铵、去离子水混合搅拌均匀，放入三辊研磨机中研磨1-2h，得到正极浆料；
e)采用雾化喷枪将步骤d)制得的正极浆料均匀喷涂在正极集流体上，经干燥、辊压、裁片后，得到正极片；
(2)负极片的制备
A)将石墨碳材料进行等离子体处理后与导电剂、粘合剂、增稠剂和去离子水混合搅拌均匀，采用三辊研磨机研磨1-3h后得到负极浆料；
B)将步骤A)制得的负极浆料涂覆在负极集流体上，干燥、辊压、裁片后，得到负极片；
(3)锂离子电池的制备
将制得的正极片、负极片与隔膜材料卷绕成电芯，采用铝塑膜封装，经真空干燥后注入电解液，通过充放电化成，激活电池，得到高倍率锂离子电池。
2.如权利要求1所述的一种安全环保的高倍率锂离子电池的制备方法，其特征在于：步骤a)中，所述Al(OH)3·9H2O、C6H8O7·H2O的质量比为4.62:2.64。
3.如权利要求1所述的一种安全环保的高倍率锂离子电池的制备方法，其特征在于：步骤a)中，所述溶液B的浓度为8-9％。
4.如权利要求1所述的一种安全环保的高倍率锂离子电池的制备方法，其特征在于：步骤b)中，所述参数设置为：进风温度150-200℃，出风温度80-90℃，引风机频率30-40Hz。
5.如权利要求1所述的一种安全环保的高倍率锂离子电池的制备方法，其特征在于：步骤c)中，所述固相烧结的条件为：以2-3℃/min的速度升温至600℃，恒温烧结8-10h，然后随炉冷却至室温。
6.如权利要求1所述的一种安全环保的高倍率锂离子电池的制备方法，其特征在于：步骤d)中，所述Al2O3包覆LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料、导电剂、粘合剂、草酸铵和去离子水质量比为(15-20)：(1-5)：(1.5-2.5)：(1-2)：(12-20)。
7.如权利要求1所述的一种安全环保的高倍率锂离子电池的制备方法，其特征在于：步骤d)、步骤A)中所述的导电剂为乙炔黑、石墨、炭黑、中空碳球、泡沫碳、泡沫铜、碳纳米管中的一种。
8.如权利要求1所述的一种安全环保的高倍率锂离子电池的制备方法，其特征在于：步骤d)、步骤A)中所述的粘合剂为海藻酸钠、海藻酸钾中的一种。
9.如权利要求1所述的一种安全环保的高倍率锂离子电池的制备方法，其特征在于：步骤A)中，所述等离子体处理的条件为：压力为50-80Pa，温度为-20-50℃，等离子体处理的功率为500-1000W/cm2，处理的时间为1-2h。
10.如权利要求1所述的一种安全环保的高倍率锂离子电池的制备方法，其特征在于：步骤A)中，所述石墨碳材料、导电剂、粘合剂、增稠剂和去离子水的质量比为(75-85)：(2-8)：(2-4)：(1-3)：(80-90)。
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