CN106784646A - 一种复合材料正极的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种复合材料正极的制备方法，包括如下步骤：步骤一：按一定比例称取磷酸锰铁锂与镍钴锰酸锂；步骤二：将步骤一得到的混合材料中加入分散介质，进行球磨，混合后在干燥箱中进行干燥处理，干燥温度70‑80℃，干燥时间8‑10h；步骤三：对步骤二得到的混合物进行充分研磨，得到磷酸锰铁锂加镍钴锰酸锂的复合材料；步骤四：将步骤三得到的复合材料经涂布、干燥及冲片制备成正极。本发明提供的复合材料正极的制备方法，将磷酸锰铁锂与镍钴锰酸锂进行机械球磨混合，利用镍钴锰酸锂的高容量与磷酸锰铁锂的高电压、循环性能以及热稳定性相结合，应用本发明提供的方法所制备的正极，锂离子电池的能量密度高，循环寿命长且热稳定性能优异。

Description

一种复合材料正极的制备方法
【技术领域】
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种复合材料正极的制备方法。
【背景技术】
作为锂离子电池的正极材料，镍钴锰酸锂(NCM)三元材料的理论比容量较高，约278mAh/g，充放电过程中体积变化小(小于2％)，振实密度大，能量密度高，实际比容量可达140-180mAh/g(同镍、钴、锰比例有关)，但是，其500次的循环寿命以及安全性能较差，很难满足目前对锂离子电池高安全性、长寿命的要求；而磷酸锰铁锂(LMFP)材料的电压平台高，热稳定性、循环稳定性性能较好，但是，其理论比容量较低，只有约170mAh/g，实际比容量约120mAh/g，无法发挥其高电压的优势。
鉴于此，实有必要提供一种复合材料正极的制备方法以克服以上缺陷。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种复合材料正极的制备方法，应用本发明提供的方法所制备的正极，锂离子电池的能量密度高，循环寿命长且热稳定性能优异。
为了实现上述目的，本发明提供一种复合材料正极的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：按一定比例称取磷酸锰铁锂LMFP与镍钴锰酸锂NCM；
步骤二：将步骤一得到的混合材料中加入分散介质，并进行球磨，充分混合后在干燥箱中进行干燥处理，干燥温度为70-80℃，干燥时间为8-10h；
步骤三：对步骤二得到的混合物进行充分研磨，得到磷酸锰铁锂加镍钴锰酸锂的复合材料；
步骤四：将步骤三得到的复合材料经涂布、干燥及冲片制备成正极。
具体的，所述步骤一中磷酸锰铁锂和镍钴锰酸锂的配比为Li：Ti＝4：6。
具体的，所述分散介质为无水乙醇，所述无水乙醇与步骤一得到的混合材料的质量比为1：1-1：2。
具体的，所述步骤二中的球磨方式为湿法球磨，球磨时间为4-8h，球磨转速为200-300rpm。
具体的，所述步骤三中的研磨时间为40分钟以上。
相比于现有技术，本发明提供的复合材料正极的制备方法，将磷酸锰铁锂与镍钴锰酸锂进行机械球磨混合，利用镍钴锰酸的高容量与磷酸锰铁锂材料的高电压、循环性能以及热稳定性相结合，应用本发明提供的方法所制备的正极，锂离子电池的能量密度高，循环寿命长且热稳定性能优异。
【附图说明】
图1为应用本发明实施例所制备的复合材料正极的电池在0.5C倍率下的充放电曲线图；
图2为应用本发明实施例所制备的复合材料正极的电池在3C倍率下的循环性能曲线图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。
本发明提供一种复合材料正极的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：按一定比例称取磷酸锰铁锂LMFP与镍钴锰酸锂NCM；
步骤二：将步骤一得到的混合材料中加入分散介质，并进行球磨，充分混合后在干燥箱中进行干燥处理，干燥温度为70-80℃，干燥时间为8-10h；
步骤三：对步骤二得到的混合物进行充分研磨，得到磷酸锰铁锂加镍钴锰酸锂的复合材料；
步骤四：将步骤三得到的复合材料经涂布、干燥及冲片制备成正极。
具体的，所述步骤一中磷酸锰铁锂和镍钴锰酸锂的配比为Li：Ti＝4：6。
具体的，所述分散介质为无水乙醇，所述无水乙醇与步骤一得到的混合材料的质量比为1：1-1：2。
具体的，所述步骤二中的球磨方式为湿法球磨，球磨时间为4-8h，球磨转速为200-300rpm。
具体的，所述步骤三中的研磨时间为40分钟以上。
实施例：
1)按质量比为4：6称取磷酸锰铁锂LMFP与镍钴锰酸锂NCM；
2)将步骤1得到的混合材料中加入无水乙醇，无水乙醇与复合材料的质量比1：1-1：2，进行湿法球磨4～8h，球磨转速200～300rpm，然后在干燥箱中进行干燥处理，干燥温度为70-80℃，干燥时间为8-10h；
3)将步骤2得到的混合物充分研磨均匀，研磨时间40min以上，磷酸锰铁锂加镍钴锰酸锂的复合材料；
4)将步骤3得到的复合材料经涂布、干燥及冲片制备成正极。
对本发明实施例所制备的正极进行扣式电池的组装与测试：
具体的，以实施例制备的磷酸锰铁锂加镍钴锰酸锂复合材料为活性物质，Super-P为导电极，偏聚氟乙烯(PVDF)为粘结剂，依次按照质量比为80：10：10的比例与N-甲基吡咯烷酮(NMP)混合后得到浆料；将浆料涂覆于集流体铝箔上，在真空120℃的条件下干燥12h，冲片，制得直径为10mm的正极圆片。
测试电池选用CR2032扣式电池，负极选用直径14mm的金属锂片，电解液选用1mol的LiFP6(EC：DMC：EMC＝1：1：1，v/v)，以负极壳—弹片—垫片—锂片—电解液—隔膜—正极片—垫片—正极壳的顺序将电池进行封装，整个过程都在充有氩气的手套箱中完成。
测试设备选用新威Neware BTS测试系统，充放电截止电压范围2.5～4.4V，测试温度25℃，记录电池的首次放电容量。
图1为应用本发明实施例所制备的复合材料正极的电池在0.5C倍率下的充放电曲线图，由图1可知，磷酸锰铁锂加镍钴锰酸锂复合材料的0.5C放电中值电压3.92V，放电比容量为151mAh/g，相比市场上单一的三元材料NCM(0.5C放电中值电压约3.6V，放电比容量为约155mAh/g)而言，克容量少量下降约4mAh/g，放电中值电压增大约0.32V，仅就正极而言，能量密度提高6.08％。
图2为应用本发明实施例所制备的复合材料正极的电池在3C倍率下的循环性能曲线图，由图2可知，采用本发明方法制备出的磷酸锰铁锂加镍钴锰酸锂复合材料正极循环性能优异，3C循环600周后，容量保持率保持在90％以上(90.86％)。
本发明提供一种复合材料正极的制备方法，将磷酸锰铁锂与镍钴锰酸锂进行机械球磨混合，利用镍钴锰酸锂的高容量与磷酸锰铁锂材料的高电压、循环性能以及热稳定性相结合，应用本发明提供的方法所制备的正极，锂离子电池的能量密度高，循环寿命长且热稳定性能优异。
本发明并不仅仅限于说明书和实施方式中所描述，因此对于熟悉领域的人员而言可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。

Claims (5)

1.一种复合材料正极的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：按一定比例称取磷酸锰铁锂LMFP与镍钴锰酸锂NCM；
步骤二：将步骤一得到的混合材料中加入分散介质，并进行球磨，充分混合后在干燥箱中进行干燥处理，干燥温度为70-80℃，干燥时间为8-10h；
步骤三：对步骤二得到的混合物进行充分研磨，得到磷酸锰铁锂加镍钴锰酸锂的复合材料；
步骤四：将步骤三得到的复合材料经涂布、干燥及冲片制备成正极。
2.如权利要求1所述的复合材料正极的制备方法，其特征在于：所述步骤一中磷酸锰铁锂和镍钴锰酸锂的配比为Li：Ti＝4：6。
3.如权利要求2所述的复合材料正极的制备方法，其特征在于：所述分散介质为无水乙醇，所述无水乙醇与步骤一得到的混合材料的质量比为1：1-1：2。
4.如权利要求3所述的复合材料正极的制备方法，其特征在于：所述步骤二中的球磨方式为湿法球磨，球磨时间为4-8h，球磨转速为200-300rpm。
5.如权利要求4所述的复合材料正极的制备方法，其特征在于：所述步骤三中的研磨时间为40分钟以上。
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