CN106602069A - 锂离子电池正极材料、正极和锂离子电池 - Google Patents

锂离子电池正极材料、正极和锂离子电池 Download PDF

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Abstract

本发明属于锂离子电池技术领域，具体公开了一种锂离子电池正极材料、正极和锂离子电池。所述锂离子电池正极材料包括正极活性物质、导电剂、粘结剂和溶剂；所述正极活性物质：导电剂：粘结剂：溶剂的质量比为100：(0～0.6)：1.2：(0～40)。本发明实施例提供的锂离子电池正极材料，导电剂含量少，正极活性物质的质量含量超过98.2％，使得正极材料中活性物质含量获得了极大的提高，实现正极混料克容量的提升，从而电芯能量密度得到显著提升，可广泛应用于锂离子电池的LiCoO2和LiCoxNiyMn1-x-yO2正极材料体系中。

Description

锂离子电池正极材料、正极和锂离子电池
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池正极材料、正极和锂离子电池。
背景技术
随着人们对电子设备需求量越来大，锂离子电池应用范围不断扩大，锂离子电池技术也因此获得了飞速发展。但是，随着生活节奏的加快，人们对锂离子电池性能的要求也越来越高，例如希望更轻便的电池能够释放出更多的电能，以方便出行需求。这就对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求。影响锂离子电池能量密度的关键因素在于正极活性物质克容量高低以及正极活性物质的占比。正极材料包括正极活性物质、导电剂、粘结剂和溶剂，活性物质占比受导电剂和粘结剂含量影响，其中导电剂的作用在于连接正极材料颗粒，增加其电子传导率。目前生产中使用的导电剂以SP为主，其比表面积为62m2/g,用量约1.3％左右。
为进一步提高正极活性物质的占比，从而提高混料克容量，应尽可能降低导电剂及粘结剂的占比。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供能够提高正极活性物质含量进而提高锂离子电池容量密度的一种锂离子电池正极材料配方，以克服上述现有技术的不足。
本发明实施例的另一个目的在于，提供由该锂离子电池正极材料制备的锂离子电池正极和锂离子电池。
为实现上述目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
锂离子正极材料，包括正极活性物质、导电剂、粘结剂和溶剂；
所述正极活性物质、导电剂、粘结剂、溶剂的质量比为100：(0～0.6)：1.2：(0～40)。
以及，相应地，一种锂离子电池正极，其包括正极集流体和形成于所述正极集流体表面的正极活性层；所述正极活性层由上述所述的锂离子电池正极材料形成。
以及，相应地，由上述锂离子正极材料作为正极材料的锂离子电池；和/或由上述锂离子电池正极提供的锂离子电池。
上述实施例提供的锂离子电池正极材料，导电剂含量少，正极活性物质的质量含量超过98.2％，使得正极材料中活性物质含量获得了极大的提高，实现正极混料克容量显著提升，从而提高电芯能量密度。
上述实施例提供的锂离子电池正极材料，用于锂离子电池中，由于导电剂使用量降低，最多仅为正极活性物质质量的0.6％，正极活性物质在正极材料中所占的比重增大，使得正极活性物质量显著提高，进而使得锂离子电池能量密度获得提升，提高了锂离子电池性能。
附图说明
图1是本发明实施例1及对比例1提供的锂离子电池正极材料制备成聚合物电芯混料克容量对比示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供的锂离子正极材料，包括正极活性物质、导电剂、粘结剂和溶剂；
所述正极活性物质、导电剂、粘结剂、溶剂按照质量比为100：(0～0.6)：1.2：(0～40)。
其中，
所述导电剂为单壁碳纳米管或者单壁碳纳米管与炭黑以任意比组成的混合物或者单壁碳纳米管与乙炔黑以任意比组成的混合物中的任一种。导电剂采用单壁碳纳米管或者碳纳米管与炭黑或乙炔黑构成的混合物，由于单壁碳纳米管相对于炭黑或乙炔黑等其他导电剂具有更大的比表面积，导电性能更加优良，因此可以减少导电剂的使用量。
在任一实施例中，正极活性物质为LiCoO2和LiCoxNiyMn1-x-yO2中的至少一种。这几类正极活性物质，均性能稳定，用于电池中，具有放电容量大，价格低廉，无记忆性等优点。
在任一实施例中，所述的粘结剂为聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、丁苯橡胶(E-SBR)中的任一种。用于正极材料中，增强正极材料其他组分的粘结强度以及提高正极材料与附着基体的良好粘附。
在任一实施例中，在正极材料中，需添加一定的溶剂，用于溶解混合均匀各个组分。本发明涉及的溶剂为去离子水或者N-甲基吡咯烷酮中的任一种。
本发明实施例的锂离子正极材料，使用具高比表面积的单壁碳纳米管(SWCNT)，其比表面积达到500m2/g左右，因此可明显降低导电剂含量至0-0.6，具体采用单壁碳纳米管、或单壁碳纳米管与乙炔黑以任意比形成的混合物、或单壁碳纳米管与炭黑以任意比形成的混合物作为导电剂，从而提高正极活性物质含量。并且单壁碳纳米管为棒状，管长可达到微米级别，因此其串联效果将更好，从而提高电芯倍率等性能。
相应地，本发明实施例提供的锂离子电池正极材料用于制造锂离子电池正极。锂离子电池正极包括正极集流体和形成于所述正极集流体表面的正极活性层，所述正极活性层由本发明实施例提供的锂离子电池正极材料形成。
相应地，本发明实施例提供的锂离子电池正极材料用于制造锂离子电池。锂离子电池采用本发明实施例提供的正极材料，其能量密度大，相对于其他锂离子电池，可以使正极材料混料克容量发挥显著提升。
以下通过多个例子举例说明本发明实施例提供的锂离子正极材料制作过程。
实施例1-1
按照质量比为LiCoO2：单壁碳纳米管：聚偏氟乙烯：N-甲基吡咯烷酮＝100:0.1:1.2：0-40，分别称取LiCoO2、单壁碳纳米管、聚偏氟乙烯和N-甲基吡咯烷酮，然后将所称取的各组分置于搅拌机中混料处理3h，获得锂离子电池正极浆料。
实施例2-1
按照质量比为LiCo0.2Ni0.5Mn0.3O2：单壁碳纳米管:炭黑(SP)：聚偏氟乙烯：N-甲基吡咯烷酮＝100:0.1:0.5:1.2：0-40，分别称取LiCo0.2Ni0.5Mn0.3O2、单壁碳纳米管、炭黑、聚偏氟乙烯和N-甲基吡咯烷酮，然后将所称取的各组分置于搅拌机中混料处理3h，获得锂离子电池正极浆料。
实施例2-2
按照质量比为LiCo0.2Ni0.5Mn0.3O2：单壁碳纳米管与乙炔黑的混合物：聚偏氟乙烯：去离子水＝100:0.1:1.2：0-40，分别称取LiCo0.2Ni0.5Mn0.3O2、单壁碳纳米管与乙炔黑的混合物、聚偏氟乙烯和去离子水，然后将所称取的各组分置于搅拌机中混料处理5h，获得锂离子电池正极浆料。
为了验证本发明实施例采用单壁碳纳米管或者单壁碳纳米管与炭黑或乙炔黑为导电剂制备的锂离子电池正极材料与炭黑或乙炔黑为导电剂制备的锂离子电池正极材料在性能上的区别。本发明实施例还根据实施例1制作了对比例，具体如下。
对比例1
按照质量比为LiCoO2：炭黑：聚偏氟乙烯：N-甲基吡咯烷酮＝100:1.3:1.2:30-40，分别称取LiCoO2、炭黑、聚偏氟乙烯和N-甲基吡咯烷酮，然后将所称取的各组分置于搅拌机中混料处理3h，获得锂离子电池正极浆料。
对比例2
按照质量比为LiCo0.2Ni0.5Mn0.3O2：炭黑：聚偏氟乙烯：去离子水＝100:1.3:1.2:30-40，分别称取LiCo0.2Ni0.5Mn0.3O2、炭黑、聚偏氟乙烯和去离子水，然后将所称取的各组分置于搅拌机中混料处理5h，获得锂离子电池正极浆料。
同时，为了便于验证性能差别，将上述实施例1～2及对比例1～2制作的正极浆料，分别涂覆于铝箔上，经过碾压制片(碾压制片后称取正极材料的质量为MS1、MS2；MD1、MD2)然后于负极板经过卷绕、封装、注液、预充、二封后获得聚合物锂离子电池，按照0.2C充放电获得各锂离子电池的容量分别为HS1、HS2；HD1、HD2。
其中，负极材料制作过程为：按照一定比例称取负极活性物质、导电剂、增稠剂、粘结剂、溶剂，然后将所称取的负极材料组分置于搅拌机中搅拌4h，获得负极材料。
再将负极材料分别涂覆于铜箔上，经过碾压制片获得负极板。
根据所获得的正极材料的质量与对应电池充放电容量，计算克容量Z，其中克容量Z＝H/M。
计算实施例1～2及对比例1～2的活性物质含量并按照上述克容量计算公式计算对应的克容量，详细结果如表1所示。
表1实施例1～2及对比例1～2的活性物质含量及对应克容量
项目 活性物质含量％ 克容量mAh/g
实施例1 98.71 166.4
实施例2-1 98.20 156.4
实施例2-2 98.71 158.4
对比例1 97.56 161.4
对比例2 97.56 155.2
从表1可知，无论是在LiCoO2和LiCoxNiyMn1-x-yO2正极材料体系中，本发明均可显著提高活性物质含量从而使正极混料克容量发挥得到显著提高。
附图1为实施例1与对比例1制备成的聚合物电芯混料克容量对比。从图中可知，实际制备电池采用本发明实施例提供的正极材料配方制备的电池混料克容量明显高于对比例提供的正极材料配方制备的电池混料克容量。其余实施例同样有相同的结果，由于本发明材料性能十分稳定，为节省篇幅，这里就不对其他实施例进行逐个制备成电芯混料与分析。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种锂离子电池正极材料，包括正极活性物质、导电剂、粘结剂和溶剂，其特征在于：所述正极活性物质、导电剂、粘结剂、溶剂的质量比为100：(0～0.6)：1.2：(0～40)。
2.如权利要求1所述的锂离子电池正极材料，其特征在于：所述导电剂为单壁碳纳米管、单壁碳纳米管与炭黑的混合物、单壁碳纳米管与乙炔黑的混合物中的一种。
3.如权利要求1～2任一所述的锂离子电池正极材料，其特征在于：所述正极活性物质为LiCoO2和LiCoxNiyMn1-x-yO2中的至少一种。
4.如权利要求1～2任一所述的锂离子电池正极材料，其特征在于：所述粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶中的至少一种。
5.如权利要求1～2任一所述的锂离子电池正极材料，其特征在于：所述溶剂为去离子水和N-甲基吡咯烷酮中的至少一种。
6.一种锂离子电池正极，包括正极集流体和形成于所述正极集流体表面的正极活性层，其特征在于：所述正极活性层由如权利要求1～2任一所述的锂离子电池正极材料形成。
7.一种锂离子电池，其特征在于：所述锂离子电池的正极材料由权利要求1～5任一所述的锂离子正极材料提供；和/或所述锂离子电池的正极由权利要求6所述的锂离子电池正极提供。
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