CN106450291A - 一种锂离子电池nca正极浆料及其制备方法 - Google Patents

一种锂离子电池nca正极浆料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池NCA正极浆料,由按照重量百分比计的以下组分制备而成:镍钴铝85‑99%;粘接剂0.2‑5%;导电剂0.1‑5%;草酸0.1‑5%;上述各组分的重量百分比之和为100%。用该锂离子电池NCA正极浆料制备的电池容量大,倍率性能好,循环寿命长,安全性能高。本发明还公开了一种锂离子电池NCA正极浆料的制备方法,过程简单安全,可操作性强,且绿色环保。

Description

一种锂离子电池NCA正极浆料及其制备方法
技术领域
本发明涉及电池技术领域,尤其涉及一种锂离子电池NCA正极浆料及其制备方法。
背景技术
镍钴铝三元材料(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2,简称NCA)的克容量高,放电比容量大,具有良好的容量性与倍率性能,且NCA中的Al能够稳定晶格结构、减少塌陷。因此,NCA可以作为一种优秀的正极材料。但是,目前NCA应用于动力电池存在以下问题包括:
(1)由于阳离子混排效应以及材料表面微结构在首次充电过程中的变化,造成电池的首次充放电效率低;
(2)三元材料电芯产气较严重安全性比较突出,高温存储和循环性还有待提高;
(3)锂离子扩散系数和电子电导率低,使得材料的倍率性能不是很理想;
(4)三元材料是一次颗粒团聚而成的二次球形颗粒,由于二次颗粒在较高压实下会破碎,从而限制了三元材料电极的压实,这也就限制了电芯能量密度的进一步提升。
也就是说,现有的镍钴铝动力电池存在加工性能差、导电性能差、首次效率低、压实密度提升困难的问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明的第一个目的在于提供一种锂离子电池NCA正极浆料,其所制备的电池容量大,倍率性能好,循环寿命长,安全性能高;有效解决了电池导电性能差、容易吸水、加工性能差、能量密度欠佳的不足。
本发明的第二个目的在于提供一种锂离子电池NCA正极浆料的制备方法,过程简单安全,可操作性强,且绿色环保。
本发明的第一个目的采用以下技术方案实现:
一种锂离子电池NCA正极浆料,由按照重量百分比计的以下组分制备而成:
上述各组分的重量百分比之和为100%。
优选的,所述粘接剂为聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯和聚烯烃中的一种或两种以上任意组合;所述导电剂为气相生长炭纤维、碳纳米管和石墨烯中的一种或两种以上任意组合。
优选的,由按照重量百分比计的以下组分制备而成:
上述各组分的重量百分比之和为100%。
优选的,由按照重量百分比计的以下组分制备而成:镍钴铝85%;聚偏二氟乙烯5%;石墨烯2%;碳纳米管3%;草酸5%。
优选的,由按照重量百分比计的以下组分制备而成:镍钴铝99%;聚四氟乙烯0.2%;气相生长炭纤维0.2%;碳纳米管0.5%;草酸0.1%。
优选的,由按照重量百分比计的以下组分制备而成:镍钴铝91.9%;聚烯烃4%;石墨烯0.1%;草酸4%。
优选的,由按照重量百分比计的以下组分制备而成:镍钴铝88%;聚偏二氟乙烯1%;聚四氟乙烯4%;气相生长炭纤维2%;碳纳米管1%;石墨烯1%;草酸3%。
本发明的第二个目的采用以下技术方案实现:
一种锂离子电池NCA正极浆料的制备方法,包括以下步骤:分别取配方量的镍钴铝、粘接剂、导电剂和草酸,并把上述组分中的粉体状组分进行烘烤,然后把全部组分混合,得到混合料;另取N-甲基吡咯烷酮或去离子水作为溶剂,然后把所述混合料和所述溶剂混合,搅拌均匀,得到所述锂离子电池NCA正极浆料。
优选的,包括以下步骤:分别取配方量的镍钴铝、粘接剂、导电剂和草酸,并把上述组分中的粉体状组分置于115-125℃的环境下烘烤11-13h,然后把全部组分混合,得到混合料;另取N-甲基吡咯烷酮作为溶剂,然后把所述混合料和所述N-甲基吡咯烷酮混合,置于速度为10-18m/s的双行星动力混合机中进行分散,分散均匀后,得到所述锂离子电池NCA正极浆料。
优选的,所述溶剂的重量为所述混合料重量的30-50%。
相比现有技术,本发明的有益效果在于:
(1)本发明所提供的锂离子电池NCA正极浆料,配方简单,以草酸作为添加剂,能够改善桨料的加工性能。采用该正极材料制备18650锂离子电池(其中18表示直径为18mm,65表示长度为65mm,0表示为圆柱形电池),制作成3000mAh的电池,0.3C充电0.5C放电,循环800周保持率在80%以上,电池的能量密度由市场主流产品2500mAh提升到3000mAh,容量密度提升了20%。因为,采用该正极材料以石墨烯、碳纳米管等作为正极导电剂,它们形成了良好的导电网络,从而为电子在电极中的运输提供了极其方便的通道,故而降低了颗粒与颗粒、以及颗粒与电解液之间的接触电阻,进而增大了整个体系的电导率,从而改善了电池的交流阻抗性能。通过对极片电阻进行测试,在极片电阻值同等条件下,导电剂的用量比传统用量减少60%左右,可显著提高活性物质(镍钴铝)的利用率,电池容量比传统电池提升20%左右。电池容量大,倍率性能好,循环寿命长,安全性能高;有效解决了电池导电性能差、容易吸水、加工性能差、能量密度欠佳的不足。
(2)本发明所提供的锂离子电池NCA正极浆料,所制备的电池容量大,倍率性能好,循环寿命长,安全性能高;有效解决了电池导电性能差、容易吸水、加工性能差、能量密度欠佳的不足。
(3)本发明所提供的锂离子电池NCA正极浆料的制备方法,过程简单安全,可操作性强,且绿色环保。
(4)本发明所提供的锂离子电池NCA正极浆料的制备方法,在步骤1)中,混料烘烤温度为115-125℃,当超过125℃时,粘结剂会出现老化现象,影响极片的敷着力,而当低于115℃时,不能很好地除去残存的溶剂和水分,因此,我们将烘烤温度限定为115-125℃,才具有最佳的效果。
附图说明
图1为采用本发明实施例1所提供的锂离子电池NCA正极浆料所制备的电池的性能测试图;
图2为采用对比例1所提供的锂离子电池NCA正极浆料所制备的电池的性能测试图。
具体实施方式
下面,结合附图以及具体实施方式,对本发明做进一步描述:
一种锂离子电池NCA正极浆料,由按照重量百分比计的以下组分制备而成:镍钴铝85-99%;粘接剂0.2-5%;导电剂0.1-5%;草酸0.1-5%;上述各组分的重量百分比之和为100%。
优选的,所述粘接剂为聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯和聚烯烃中的一种或两种以上任意组合;所述导电剂为气相生长炭纤维、碳纳米管和石墨烯中的一种或两种以上任意组合。
一种锂离子电池NCA正极浆料的制备方法,包括以下步骤:分别取配方量的镍钴铝、粘接剂、导电剂和草酸,并把上述组分中的粉体状组分进行烘烤,然后全部组分混合,得到混合料;得到混合料;另取N-甲基吡咯烷酮或去离子水作为溶剂,然后把所述混合料和所述溶剂混合,搅拌均匀,得到所述锂离子电池NCA正极浆料。
实施例1
一种锂离子电池NCA正极浆料,由按照重量百分比计的以下组分制备而成:镍钴铝85%;聚偏二氟乙烯5%;石墨烯2%;碳纳米管3%;草酸5%。其制备过程如下:分别取配方量的上述各组分,置于120℃的环境下烘烤12h后,混合,得到混合料;另取N-甲基吡咯烷酮作为溶剂,所述溶剂的重量为所述混合料重量的50%;然后把所述混合料和所述溶剂混合,置于双行星动力混合机中,高速(10-18m/s)搅拌均匀,消除气泡、去除磁性物质后,得到所述锂离子电池NCA正极浆料。
实施例2
一种锂离子电池NCA正极浆料,由按照重量百分比计的以下组分制备而成:镍钴铝99%;聚四氟乙烯0.2%;气相生长炭纤维0.2%;碳纳米管0.5%;草酸0.1%。其制备过程如下:分别取配方量的上述各组分,置于115℃的环境下烘烤13h后,混合,得到混合料;另取N-甲基吡咯烷酮作为溶剂,所述溶剂的重量为所述混合料重量的30%;然后把所述混合料和所述溶剂混合,置于双行星动力混合机中,高速(10-18m/s)搅拌均匀,消除气泡、去除磁性物质后,得到所述锂离子电池NCA正极浆料。
实施例3
一种锂离子电池NCA正极浆料,由按照重量百分比计的以下组分制备而成:镍钴铝91.9%;聚烯烃4%;石墨烯0.1%;草酸4%。其制备过程如下:分别取配方量的上述各组分,置于125℃的环境下烘烤11h后,混合,得到混合料;另取N-甲基吡咯烷酮作为溶剂,所述溶剂的重量为所述混合料重量的40%;然后把所述混合料和所述溶剂混合,置于双行星动力混合机中,高速(10-18m/s)搅拌均匀,消除气泡、去除磁性物质后,得到所述锂离子电池NCA正极浆料。
实施例4
一种锂离子电池NCA正极浆料,由按照重量百分比计的以下组分制备而成:镍钴铝88%;聚偏二氟乙烯1%;聚四氟乙烯4%;气相生长炭纤维2%;碳纳米管1%;石墨烯1%;草酸3%。其制备过程如下:分别取配方量的上述各组分,置于120℃的环境下烘烤11.5h后,混合,得到混合料;另取N-甲基吡咯烷酮作为溶剂,所述溶剂的重量为所述混合料重量的45%;然后把所述混合料和所述溶剂混合,置于双行星动力混合机中,高速(10-18m/s)搅拌均匀,消除气泡、去除磁性物质后,得到所述锂离子电池NCA正极浆料。
测试例
分别采用实施例1-4所获取的锂离子电池NCA正极浆料,制备锂离子电池。制备过程如下:取锂离子电池NCA正极浆料,进入涂布工序,选择铝箔为正极集流体;以石墨为负极,负极集流体选择铜箔,浆料经过自动上料系统、涂布机将分别将正负极浆料均匀地涂在相应地集流体上。涂布结束后,进行极卷、烘烤、辊压,然后分切成小片。小片放置于100℃、-0.09MPa烘箱中烘烤8-36h,取出,然后在装配车间将正极极片、隔膜、负极极片一起卷成电芯,将电芯缓慢地放入电池壳体中,成为半成品电池。半成品在80℃、-0.08MPa环境中经过烘烤12-72h,然后进入注液、化成分容成为锂离子动力电池。
取采用实施例1-4的锂离子电池NCA正极浆料所制备的电池,对其容量及循环性能进行测试。其中,实施1的测试结果如图1所示,从图1可见,该电池的容量大,初始容量在3000mAh,循环寿命长,且容量下降率低,性能优秀。并且,实施例2-4的测试结果与实施例1的测试结果相近,表明了实施例2-4的电池性能同样优秀。
对比例1
对比例1与实施例1的不同之处在于,其采用碳黑和导电石墨为导电剂。
采用对比例1所获取的锂离子电池NCA正极浆料,制备锂离子电池,制备过程同测试例,然后,对其容量及循环性能进行测试,测试结果如图2所示。
从图2可见,该电池的容量大低于实施例1的电池,初始容量在3000mAh以下,循环寿命较短,且容量下降率较快,性能欠佳。
对本领域的技术人员来说,可根据以上描述的技术方案以及构思,做出其它各种相应的改变以及形变,而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂离子电池NCA正极浆料,其特征在于,由按照重量百分比计的以下组分制备而成:
上述各组分的重量百分比之和为100%。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池NCA正极浆料,其特征在于,所述粘接剂为聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯和聚烯烃中的一种或两种以上任意组合;所述导电剂为气相生长炭纤维、碳纳米管和石墨烯中的一种或两种以上任意组合。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池NCA正极浆料,其特征在于,由按照重量百分比计的以下组分制备而成:
上述各组分的重量百分比之和为100%。
4.根据权利要求2所述的锂离子电池NCA正极浆料,其特征在于,由按照重量百分比计的以下组分制备而成:镍钴铝85%;聚偏二氟乙烯5%;石墨烯2%;碳纳米管3%;草酸5%。
5.根据权利要求2所述的锂离子电池NCA正极浆料,其特征在于,由按照重量百分比计的以下组分制备而成:镍钴铝99%;聚四氟乙烯0.2%;气相生长炭纤维0.2%;碳纳米管0.5%;草酸0.1%。
6.根据权利要求2所述的锂离子电池NCA正极浆料,其特征在于,由按照重量百分比计的以下组分制备而成:镍钴铝91.9%;聚烯烃4%;石墨烯0.1%;草酸4%。
7.根据权利要求2所述的锂离子电池NCA正极浆料,其特征在于,由按照重量百分比计的以下组分制备而成:镍钴铝88%;聚偏二氟乙烯1%;聚四氟乙烯4%;气相生长炭纤维2%;碳纳米管1%;石墨烯1%;草酸3%。
8.一种如权利要求1-7任意一项所述的锂离子电池NCA正极浆料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:分别取配方量的镍钴铝、粘接剂、导电剂和草酸,并把上述组分中的粉体状组分进行烘烤,然后全部组分混合,得到混合料;另取N-甲基吡咯烷酮或去离子水作为溶剂,然后把所述混合料和所述溶剂混合,搅拌均匀,得到所述锂离子电池NCA正极浆料。
9.根据权利要求8所述的锂离子电池NCA正极浆料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:分别取配方量的镍钴铝、粘接剂、导电剂和草酸,并把上述组分中的粉体状组分置于115-125℃的环境下烘烤11-13h,然后把全部组分混合,得到混合料;另取N-甲基吡咯烷酮作为溶剂,然后把所述混合料和所述N-甲基吡咯烷酮混合,置于速度为10-18m/s的双行星动力混合机中进行分散,分散均匀后,得到所述锂离子电池NCA正极浆料。
10.根据权利要求8所述的锂离子电池NCA正极浆料的制备方法,其特征在于,所述溶剂的重量为所述混合料重量的30-50%。
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