CN107565090A - 一种锂电池的正极片及其制备方法 - Google Patents

一种锂电池的正极片及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂电池的正极片，其特征在于，其制备材料包括正极活性材料、导电剂、粘结剂、锂离子传导介质以及集流体；所述粘接剂、导电剂、锂离子传导介质和所述正极活性物质在集流体的表面形成层状结构；所述导电剂和锂离子传导介质均匀的分散在所述正极活性物质之间，并通过所述粘接剂关联。本发明还公开了一种锂电池的正极片的制备方法。

Description

一种锂电池的正极片及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂电池等领域，具体为一种锂电池的正极片及其制备方法。
背景技术
过去的20多年间，锂离子电池因为它们简洁轻便的设计,高于4V的工作电压和高的能量密度成功的广泛应用在便携式消费电子市场。然而随着不可再生的化石燃料的迅速消耗和日益突出的环境问题，使的需要大规模的稳定的储能装置来代替这些间接性的可再生能源。电池作为稳定的储能装置，其中一个主要方向用来代替汽油汽车应用,尤其是纯电动汽车和混合动力电动汽车需求量逐渐增大。传统的液态锂电池技术由于使用易燃液体烷基碳酸酯为主的电解液，使其存在的一定的安全隐患。全固态锂电池的阳极、电解质、阴极中不含常温液态分子,是提高电池安全性能的一种有效方法。全固态电解质分为有机高分子固态电解质和无机化合物固态电解质两大类，无机固态电解质电极接触界面阻抗大，所以目前难以商用；有机高分子全固态电解质有多种体系，相比于无机固态电解质其目前应用的灵活性更高。然而固态电解质用于电池，极片与电解质之间存在较大的界面电阻，由于锂离子经过固态电解质在电池中迁移，固态电池与电极极片的接触状态极大的影响了电池性能。如果极片与固态电解质之间接触不好，并且极片内部没有足够的锂离子扩散通道，锂离子迁移受到影响，降低了电池的容量。
发明内容
本发明的目的是：提供一种锂电池的正极片，利用添加固态电解质到正极活性材料之间组成复合正极材料来改善电解质与正极的接触状态和建立极片内部本身锂离子通道。
实现上述目的的技术方案是：一种锂电池的正极片，其制备材料包括正极活性材料、导电剂、粘结剂、锂离子传导介质以及集流体；所述粘接剂、导电剂、锂离子传导介质和所述正极活性物质在集流体的表面形成层状结构；所述导电剂和锂离子传导介质均匀的分散在所述正极活性物质之间，并通过所述粘接剂关联。
在本发明一较佳的实施例中，所述锂离子传导介质包括具有导电性的聚合物材料、无机固体填充物以及与所述聚合物材料起络合反应的锂盐。
在本发明一较佳的实施例中，所述聚合物材料为聚氧化乙烯材料，其分子量级包括10万、50万、60万、100万、200万、500万。
在本发明一较佳的实施例中，所述无机固体填充物含有纳米级的无机高导离子，所述无机固体填充物包括Li7La3Zr2O12、La0.51Li0.34TiO2.94、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3、Li2+2xZn1- xGe4中的至少一种；与所述聚合物材料起络合反应的锂盐包括LiClO4、LiBOB3、LiPF6以及CF3SO2NLiSO2CF3中的至少一种。
在本发明一较佳的实施例中，所述导电剂包括炭黑、SPUER P、KS－6、导电石墨、碳纤维、碳纳米管、石墨烯中的至少一种。
在本发明一较佳的实施例中，所述粘合剂包括聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、羧甲基纤维素、苯乙烯丁二烯橡胶以及聚酰亚胺中的至少一种。
在本发明一较佳的实施例中，所述正极活性材料包括锂钴钴镍锰类复合氧化物，锂钴类复合氧化物锂镍类复合氧化物、锂锰类复合氧化物、锂钒类复合氧化物、锂铁类复合氧化物和富锂类复合氧化物中的一种。
本发明的第二目的是：提供一种所述的锂电池的正极片的制备方法。
实现第二目的的技术方案是：一种所述的锂电池的正极片的制备方法，包括以下步骤：步骤S1)提供制备材料；步骤S2)将所述聚合物材料加入至溶剂中，加热至45℃，充分搅拌溶解，得到第一溶液；步骤S3)将粘结剂溶入至所述第一溶液，充分搅拌溶解，冷却至常温，得到第二溶液；步骤S4)将导电剂溶入至所述第二溶液，同时高速搅拌，使其充分分散，得到第三溶液；步骤S5)将无机固体填充物加入至所述第三溶液，搅拌混合均匀，使其充分分散，得到第四溶液；步骤S6)将与所述聚合物材料起络合反应的锂盐的溶液加入至所述第四溶液，搅拌混合均匀，使其充分分散，得到第五溶液；步骤S7)将所述第五溶液涂覆至涂炭的集流体铝箔上，干燥挥发掉溶剂，得到第一极片；步骤S8)在所述第一极片的上表面采用热压的方式均匀涂覆一层第五溶液，形成电解质膜，干燥挥发掉溶剂，进行辊压处理，得到第二极片，即为所述锂电池的正极片。
本发明的第三目的是：提供一种所述的锂电池的正极片的制备方法。
实现第三目的的技术方案是：一种所述的锂电池的正极片的制备方法，包括以下步骤：步骤S1)提供制备材料；步骤S2)将所述聚合物材料加入至溶剂中，加热至45℃，充分搅拌溶解，得到第一溶液；步骤S3)将与所述聚合物材料起络合反应的锂盐和部分的无机固体填充物的溶液加入至所述第一溶液，搅拌混合均匀，使其充分分散，得到第二溶液，并干燥挥发掉部分所述溶剂；步骤S4)将粘结剂溶入至所述溶剂中，充分搅拌溶解，得到第三溶液；
步骤S5)将导电剂溶入至所述第三溶液，同时高速搅拌，使其充分分散，得到第四溶液；步骤S6)将与另一部分的无机固体填充物的溶液加入至所述第四溶液，搅拌混合均匀，使其充分分散，得到第五溶液；步骤S7)将所述第二溶液和第五溶液混合并搅拌，使充分溶解后，得到第六溶液；步骤S8)将第六溶液涂覆至涂炭的集流体铝箔上，干燥挥发掉溶剂，得到锂电池的正极片。
本发明的优点是：本发明的锂电池的正极片及其制备方法，利用添加固态电解质到正极活性材料之间组成复合正极材料来改善电解质与正极的接触状态和建立极片内部本身锂离子通道。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释。
图1示出所得极片形貌结果的SEM图。
图2示出所得极片扣式电池测试充放电循环图。
图3示出所得极片扣式电池测试交流阻抗测试图。
具体实施方式
以下实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。
一种锂电池的正极片，其制备材料包括正极活性材料、导电剂、粘结剂、锂离子传导介质以及集流体；所述粘接剂、导电剂、锂离子传导介质和所述正极活性物质在集流体的表面形成层状结构；所述导电剂和锂离子传导介质均匀的分散在所述正极活性物质之间，并通过所述粘接剂关联。
所述锂离子传导介质包括具有导电性的聚合物材料、无机固体填充物以及与所述聚合物材料起络合反应的锂盐。所述聚合物材料为聚氧化乙烯材料，其分子量级包括10万、50万、60万、100万、200万、500万。所述无机固体填充物含有纳米级的无机高导离子，所述无机固体填充物包括Li7La3Zr2O12、La0.51Li0.34TiO2.94、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3、Li2+2xZn1-xGe4中的至少一种；与所述聚合物材料起络合反应的锂盐包括LiClO4、LiBOB3、LiPF6以及CF3SO2NLiSO2CF3中的至少一种。所述导电剂包括炭黑、SPUER P、KS－6、导电石墨、碳纤维、碳纳米管、石墨烯中的至少一种。所述粘合剂包括聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、羧甲基纤维素、苯乙烯丁二烯橡胶以及聚酰亚胺中的至少一种。所述正极活性材料包括锂钴钴镍锰类复合氧化物，锂钴类复合氧化物锂镍类复合氧化物、锂锰类复合氧化物、锂钒类复合氧化物、锂铁类复合氧化物和富锂类复合氧化物中的一种。
实施例1
一种所述的锂电池的正极片的制备方法，包括以下步骤：步骤S1)提供制备材料；步骤S2)将所述聚合物材料加入至溶剂中，加热至45℃，充分搅拌溶解，得到第一溶液；步骤S3)将粘结剂溶入至所述第一溶液，充分搅拌溶解，冷却至常温，得到第二溶液；步骤S4)将导电剂溶入至所述第二溶液，同时高速搅拌，使其充分分散，得到第三溶液；步骤S5)将无机固体填充物加入至所述第三溶液，搅拌混合均匀，使其充分分散，得到第四溶液；步骤S6)将与所述聚合物材料起络合反应的锂盐的溶液加入至所述第四溶液，搅拌混合均匀，使其充分分散，得到第五溶液；步骤S7)将所述第五溶液涂覆至涂炭的集流体铝箔上，干燥挥发掉溶剂，得到第一极片；步骤S8)在所述第一极片的上表面采用热压的方式均匀涂覆一层第五溶液，形成电解质膜，干燥挥发掉溶剂，进行辊压处理，得到第二极片，即为所述锂电池的正极片。
下面列举一具体的实施方式来具体说明实施例1。
步骤S1)提供制备原料，包括正极活性材料、导电剂、粘结剂、锂离子传导介质以及集流体，以及用于溶剂，本实施例中，溶剂均为N-甲基吡咯烷酮。
步骤S2)将聚氧化乙烯溶解于N-甲基吡咯烷酮中，加热至45℃，充分溶解后得到第一溶液。
步骤S3)将粘结剂聚偏二氟乙烯溶解于得到的第一溶液中，并搅拌，使充分溶解后，冷却至常温，得到第二溶液。
步骤S4)将导电剂缓慢加入第二溶液中，同时高速搅拌，使其充分分散，得到第三溶液，导电剂(墨烯)用量为每4.2g/mol比对聚氧化乙烯的氧化物单体。
步骤S5)将LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NCM523)加入第三溶液中，搅拌使混合均匀，使其充分分散，得到第四溶液。
步骤S6)将第四溶液添加溶解好的锂盐CF3SO2NLiSO2CF3发生络合反应，拌拌使混合均匀，使其充分分散，得到第五溶液。
步骤S7)将得到的第五溶液采用流延涂布发涂覆与涂炭的集流体铝箔上，干燥挥发掉溶剂，得到第一极片；
步骤S8)将得到的第一极片上面采用热压的方式在表面均匀涂覆一层第五溶液，形成电解质膜，干燥挥发掉溶剂，得到极片进行辊压处理，得到第二极片。
实施例2
一种所述的锂电池的正极片的制备方法，包括以下步骤：步骤S1)提供制备材料；步骤S2)将所述聚合物材料加入至溶剂中，加热至45℃，充分搅拌溶解，得到第一溶液；步骤S3)将与所述聚合物材料起络合反应的锂盐和部分的无机固体填充物的溶液加入至所述第一溶液，搅拌混合均匀，使其充分分散，得到第二溶液，并干燥挥发掉部分所述溶剂；步骤S4)将粘结剂溶入至所述溶剂中，充分搅拌溶解，得到第三溶液；步骤S5)将导电剂溶入至所述第三溶液，同时高速搅拌，使其充分分散，得到第四溶液；步骤S6)将与另一部分的无机固体填充物的溶液加入至所述第四溶液，搅拌混合均匀，使其充分分散，得到第五溶液；步骤S7)将所述第二溶液和第五溶液混合并搅拌，使充分溶解后，得到第六溶液；步骤S8)将第六溶液涂覆至涂炭的集流体铝箔上，干燥挥发掉溶剂，得到锂电池的正极片。
下面列举一具体的实施方式来具体说明实施例2。
步骤S1)提供制备原料，包括正极活性材料、导电剂、粘结剂、锂离子传导介质以及集流体，以及用于溶剂，本实施例中，溶剂均为N-甲基吡咯烷酮。
步骤S2)将聚氧化乙烯溶解于N-甲基吡咯烷酮中，加热至45℃，充分溶解后得到第一溶液；
步骤S3)将第一溶液添加溶解好的锂盐Li7La3Zr2O12、CF3SO2NLiSO2CF3发生络合反应，拌拌使混合均匀，使其充分分散，得到第二溶液，干燥挥发掉部分溶剂；
步骤S4)将粘结剂聚偏二氟乙烯溶解于N-甲基吡咯烷酮中，并搅拌，使充分溶解后，得到第三溶液；
步骤S5)将导电剂缓慢加入第三溶液中，同时高速搅拌，使其充分分散，得到第四溶液；
步骤S6)将LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NCM523)加入第四溶液中，搅拌使混合均匀，使其充分分散，得到第五溶液；
步骤S7)得到第二溶液与得到第五溶液混合并搅拌，使充分溶解后，得到第六溶液。
步骤S8)将得到的第六溶液采用流延涂布发涂覆与涂炭的集流体铝箔上，干燥挥发掉溶剂，得到正极片。
本实施例中所述的第一溶液至第五溶液与实施例1中所述的第一溶液至第五溶液均不同。
以上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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种锂电池的正极片，其特征在于，其制备材料包括正极活性材料、导电剂、粘结剂、锂离子传导介质以及集流体；所述粘接剂、导电剂、锂离子传导介质和所述正极活性物质在集流体的表面形成层状结构；所述导电剂和锂离子传导介质均匀的分散在所述正极活性物质之间，并通过所述粘接剂关联。
2.根据权利要求1所述的锂电池的正极片，其特征在于，所述锂离子传导介质包括具有导电性的聚合物材料、无机固体填充物以及与所述聚合物材料起络合反应的锂盐。
3.根据权利要求2所述的锂电池的正极片，其特征在于，所述聚合物材料为聚氧化乙烯材料，其分子量级包括10万、50万、60万、100万、200万、500万。
4.根据权利要求2所述的锂电池的正极片，其特征在于，所述无机固体填充物含有纳米级的无机高导离子，所述无机固体填充物包括Li7La3Zr2O12、La0.51Li0.34TiO2.94、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3、Li2+2xZn1-xGe4中的至少一种；与所述聚合物材料起络合反应的锂盐包括LiClO4、LiBOB3、LiPF6以及CF3SO2NLiSO2CF3中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的锂电池的正极片，其特征在于，所述导电剂包括炭黑、SPUERP、KS－6、导电石墨、碳纤维、碳纳米管、石墨烯中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的锂电池的正极片，其特征在于，所述粘合剂包括聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、羧甲基纤维素、苯乙烯丁二烯橡胶以及聚酰亚胺中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的锂电池的正极片，其特征在于，所述正极活性材料包括锂钴钴镍锰类复合氧化物，锂钴类复合氧化物锂镍类复合氧化物、锂锰类复合氧化物、锂钒类复合氧化物、锂铁类复合氧化物和富锂类复合氧化物中的一种。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的锂电池的正极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1)提供制备材料；
步骤S2)将所述聚合物材料加入至溶剂中，加热至45℃，充分搅拌溶解，得到第一溶液；
步骤S3)将粘结剂溶入至所述第一溶液，充分搅拌溶解，冷却至常温，得到第二溶液；
步骤S4)将导电剂溶入至所述第二溶液，同时高速搅拌，使其充分分散，得到第三溶液；
步骤S5)将无机固体填充物加入至所述第三溶液，搅拌混合均匀，使其充分分散，得到第四溶液；
步骤S6)将与所述聚合物材料起络合反应的锂盐的溶液加入至所述第四溶液，搅拌混合均匀，使其充分分散，得到第五溶液；
步骤S7)将所述第五溶液涂覆至涂炭的集流体铝箔上，干燥挥发掉溶剂，得到第一极片；
步骤S8)在所述第一极片的上表面采用热压的方式均匀涂覆一层第五溶液，形成电解质膜，干燥挥发掉溶剂，进行辊压处理，得到第二极片，即为所述锂电池的正极片。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的锂电池的正极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1)提供制备材料；
步骤S2)将所述聚合物材料加入至溶剂中，加热至45℃，充分搅拌溶解，得到第一溶液；
步骤S3)将与所述聚合物材料起络合反应的锂盐和部分的无机固体填充物的溶液加入至所述第一溶液，搅拌混合均匀，使其充分分散，得到第二溶液，并干燥挥发掉部分所述溶剂；
步骤S4)将粘结剂溶入至所述溶剂中，充分搅拌溶解，得到第三溶液；
步骤S5)将导电剂溶入至所述第三溶液，同时高速搅拌，使其充分分散，得到第四溶液；
步骤S6)将与另一部分的无机固体填充物的溶液加入至所述第四溶液，搅拌混合均匀，使其充分分散，得到第五溶液；
步骤S7)将所述第二溶液和第五溶液混合并搅拌，使充分溶解后，得到第六溶液；
步骤S8)将第六溶液涂覆至涂炭的集流体铝箔上，干燥挥发掉溶剂，得到锂电池的正极片。
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