CN110429241B - 锂电池正极及其制备方法以及锂电池、供电系统和用电设备 - Google Patents
锂电池正极及其制备方法以及锂电池、供电系统和用电设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110429241B CN110429241B CN201910805241.6A CN201910805241A CN110429241B CN 110429241 B CN110429241 B CN 110429241B CN 201910805241 A CN201910805241 A CN 201910805241A CN 110429241 B CN110429241 B CN 110429241B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lithium battery
- positive electrode
- functional layer
- bapbo
- active
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 42
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 42
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 8
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 34
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 33
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 33
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000013077 target material Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000013543 active substance Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 55
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 35
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 26
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 22
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 17
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 17
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 15
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 14
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 14
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 14
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 12
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 12
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims description 8
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000002825 nitriles Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 claims description 4
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 4
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 claims description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 claims description 4
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 2
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 claims 1
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 25
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 16
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 12
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 11
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 10
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 10
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 10
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 8
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 229910011328 LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 2
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 2
- 229910052493 LiFePO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002995 LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002097 Lithium manganese(III,IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001467 acupuncture Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/139—Processes of manufacture
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/139—Processes of manufacture
- H01M4/1391—Processes of manufacture of electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/028—Positive electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
本发明提供一种锂电池正极及其制备方法以及锂电池、供电系统和用电设备。锂电池正极，包括正极基体以及设置在正极基体表面的功能层；正极基体包括集流体以及设置集流体表面的活性导电层，活性导电层包括活性物质、导电剂和粘结剂；活性物质包括LiMσOλ；功能层包括BaPbO3。锂电池正极的制备方法：将活性物质、导电剂和粘结剂混合并制成浆料；将浆料涂在集流体的表面，烘干后得到正极基体；以BaPbO3为靶材，通过磁控溅射在正极基体表面加工得到功能层。锂电池，包括锂电池正极。供电系统，包括锂电池。用电设备，包括供电系统。本申请提供的锂电池正极，倍率性能更好，结构更稳定，安全性更高。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池领域，尤其涉及一种锂电池正极及其制备方法以及锂电池、供电系统和用电设备。
背景技术
随着锂电池的大规模发展应用，其安全问题日益受到人们的重视，也成为研究的热点和难点。
目前电池组外部会附带PTC元件(正温度系数很大的半导体材料或元器件)，当电池组温度升高到PTC元件的居里温度时，PTC元件内阻迅速增大，从而切断电流防止电池组温度进一步升高，电池组外部附带的PTC元件虽然能够监控由于外部短路，过充等滥用情况引起的热失控，但是由于它远离电极电解液界面，对电池内部热失控不能起到及时的监控和抑制作用。
现有技术中也有将PTC涂覆在电极集流体上，这样虽然能随时感知电池内部由于过流或内部短路而产生的温度变化，降低或阻断通过的电流，但是PTC涂层增加了集流体与活性物质之间的接触阻抗，对电池的倍率性能影响较大。
有鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种锂电池正极，结构更稳定，安全性更高。
本发明的第二目的在于提供一种锂电池正极的制备方法，工艺简单，得到的锂电池性能稳定。
本发明的第三目的在于提供一种锂电池，倍率性能更好。
本发明的第四目的在于提供一种供电系统，包括所述的锂电池。
本发明的第五目的在于提供一种用电设备，包括所述的供电系统。
为实现以上目的，本发明特采用以下技术方案：
一种锂电池正极，包括正极基体以及设置在所述正极基体表面的功能层；
所述正极基体包括集流体以及设置所述集流体表面的活性导电层；
所述功能层包括BaPbO3。
BaPbO3是一种新型的多功能导电陶瓷，优异的导电性可成薄膜和复合材料，其室温电阻率为4.10*10-4Ωcm，进入金属导电范围，BaPbO3属于正交结构，具有较高的氧空位，其高温PTC效应可以做成各种大功率、高温发热体和电池控制元件及高温传感器等。正极表面镀一层连续的BaPbO3薄膜，可以有效提高正极的电导率，其较高的氧空位能抑制充放电过程中活性物质氧的释放，从根本上稳定了活性导电层中的物质结构，抑制了活性导电层结构的坍塌与电解液副反应的热失控，从而根本上提高了正极的安全性；当电池过充或其它原因导致温度急剧升高时，其高温PTC效应使得正极表面的电阻急剧升高阻断通过的电流，防止温度升高，更进一步地提高了正极的安全性能，为电极的安全性提供了双层保障。
优选地，所述功能层的厚度为5-100nm。
可选地，所述功能层的厚度可以为5nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm以及5-100nm之间的任一值。
优选地，所述活性导电层包括活性物质、导电剂和粘结剂，所述活性物质包括LiMσOλ，其中，所述M选自Co、Mn、Ni、Al、Fe、P、Mg、V、Ti及Zr中的至少一种，0.5≤σ≤4.0；1≤λ≤5；优选地，所述导电剂包括乙炔黑、石墨和炭黑中的一种或多种；优选地，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚乙烯腈、聚四氟乙烯、氟化橡胶、聚烯烃、SBR橡胶和聚胺酯中的一种或几种。
优选地，所述功能层中的BaPbO3的质量为所述活性物质的质量的0.05％-1％；更加优选地，所述活性物质、导电剂、粘结剂的质量比为(80～98)：(1～15)：(1～12)。
可选地，所述功能层中的BaPbO3的质量为所述活性物质的质量的0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％以及0.05％-1％之间的任一值。
对功能层的厚度以及BaPbO3与活性物质的质量比的优选，可以让BaPbO3与活性物质更好的配合，获得更优异的倍率性能和安全性能。
可选地，所述集流体包括铝箔、铝网、碳网、镍网和碳膜中的一种。
对活性物质、导电剂、粘结剂以及其质量比和集流体的优选，可以进一步的提升锂电池电极的性能。
一种所述的锂电池正极的制备方法，包括：
在所述集流体表面设置活性导电层得到正极基体；
然后在所述正极基体表面加工得到所述功能层即可。
优选地，所述正极基体的制备过程包括：将所述活性导电层的原料混合并制成浆料；
将所述浆料涂在所述集流体的表面，干燥后得到所述正极基体；
所述活性导电层的原料包括活性物质、导电剂和粘结剂，所述活性物质包括LiMσOλ，其中，所述M选自Co、Mn、Ni、Al、Fe、P、Mg、V、Ti及Zr中的至少一种，0.5≤σ≤4.0；1≤λ≤5；优选地，所述导电剂包括乙炔黑、石墨和炭黑中的一种或多种；优选地，所述粘结剂包括PVDF、聚乙烯腈、聚四氟乙烯、氟化橡胶、聚烯烃、SBR橡胶和聚胺酯中的一种或几种；优选地，使用BaPbO3靶材，通过磁控溅射工艺在所述正极基体表面加工得到所述功能层；更加优选地，所述靶材中BaPbO3的纯度为99.95％-100％。
在制备浆料时，可以加入必要的溶剂，如NMP(N-甲基吡咯烷酮)等。
通过磁控溅射工艺在正极基体表面得到一层BaPbO3薄膜，工艺简单，产品性能稳定。
可选地，所述靶材中BaPbO3的纯度可以为99.95％、99.96％、99.97％、99.98％、99.99％、100％以及99.95％-100％之间的任一值。
杂质会影响BaPbO3发挥相应的作用，因此对靶材内的BaPbO3的纯度进行控制。
可选地，所述磁控溅射中，溅射真空室本底真空气压为1-9×10-4Pa，溅射功率为10-100W，气氛为Ar和He混合气体，溅射沉积时间为10-60min。
可选地，溅射真空室本底真空气压可以为1×10-4Pa、2×10-4Pa、3×10-4Pa、4×10- 4Pa、5×10-4Pa、6×10-4Pa、7×10-4Pa、8×10-4Pa、9×10-4Pa以及1-9×10-4Pa之间的任一值，溅射功率可以为10W、20W、30W、40W、50W、60W、70W、80W、90W、100W以及10-100W之间的任一值，溅射沉积时间可以为10min、20min、30min、40min、50min、60min以及10-60min之间的任一值。
对磁控溅射工艺参数的优选，可以获得性能更加优异的产品。
一种锂电池，包括所述的锂电池正极。
一种供电系统，包括所述的锂电池。
一种用电设备，包括所述的供电系统。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：
1.通过在正极表面设置包括BaPbO3的功能层，由于正交结构的BaPbO3具有较高的氧空位能抑制充放电过程中活性物质氧的释放，稳定活性导电层的结构，提高电极的安全性能，同时BaPbO3具有高温PTC效应，在电池正常工作温度范围内，其较高的电导率可提高材料的倍率性能，而当电池过充或其它原因导致温度急剧升高时，由于BaPbO3的高温PTC效应，正极表面的电阻急剧升高阻断通过的电流，防止温度升高，进一步地提高了正极的安全性能；
2.本申请提供的使用上述锂电池正极制得的锂电池，倍率性能更好，结构更稳定，安全性更高；
3.使用上述锂电池的供电系统和用电设备，安全、高效、稳定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明范围的限定。
图1为实施例1提供的锂电池正极的SEM图。
具体实施方式
如本文所用之术语：
“由……制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
连接词“由……组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由……组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
在这些实施例中，除非另有指明，所述的份和百分比均按质量计。
“质量份”指表示多个组分的质量比例关系的基本计量单位，1份可表示任意的单位质量，如可以表示为1g，也可表示2.689g等。假如我们说A组分的质量份为a份，B组分的质量份为b份，则表示A组分的质量和B组分的质量之比a：b。或者，表示A组分的质量为aK，B组分的质量为bK(K为任意数，表示倍数因子)。不可误解的是，与质量份数不同的是，所有组分的质量份之和并不受限于100份之限制。
“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，A和/或B包括(A和B)和(A或B)。
下面将结合具体实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
以聚四氟乙烯为粘结剂，以乙炔黑为导电剂，LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2为活性物质，活性物质、乙炔黑、PVDF的质量比为92:4:4，充分混合均匀并于玛瑙研钵中研磨均匀，并滴入NMP溶剂。研磨60min后将浆料涂刮在集流体铝箔上，100℃真空干燥8h，得到正极基体。
然后将其置于磁控溅射设备的真空反应腔中，真空室本底真空气压为6.0×10- 4Pa，在溅射功率60W下进行射频磁控溅射镀膜，将纯度不低于99.95wt％的BaPbO3为靶材置于油压机压槽中压制成薄靶材作为溅射源，通过磁控溅射法对正极表面进行溅射镀膜，溅射时通入Ar和He的混合气体，溅射沉积时间为10min，即可得到功能层厚度为10nm的高倍率高安全正极极片(SEM图如图1所示)，功能层中的BaPbO3的质量为活性物质的质量的0.05％。
实施例2
以聚四氟乙烯为粘结剂，以乙炔黑为导电剂，LiNi0.8Co0.15Al0.05O2为活性物质，活性物质、乙炔黑、PVDF的质量比为90:4:6，充分混合均匀并于玛瑙研钵中研磨均匀，并滴入NMP溶剂。研磨80min后将浆料涂刮在集流体铝箔上，100℃真空干燥6h，得到正极基体。
然后将其置于磁控溅射设备的真空反应腔中，将真空室本底真空气压为2.0×10- 4Pa，在溅射功率40W下进行射频磁控溅射镀膜，将纯度不低于99.95wt％的BaPbO3为靶材置于油压机压槽中压制成薄靶材作为溅射源，通过磁控溅射法对正极表面进行溅射镀膜，溅射时通入Ar和He的混合气体，溅射沉积时间为25min，即可得到功能层厚度为30nm高倍率高安全正极极片，功能层中的BaPbO3的质量为活性物质的质量的1％。
实施例3
以聚四氟乙烯为粘结剂，以乙炔黑为导电剂，LiFePO4为活性物质，活性物质、乙炔黑、PVDF的质量比为88:6:6，充分混合均匀并于玛瑙研钵中研磨均匀，并滴入NMP溶剂。研磨80min后将浆料涂刮在集流体铝箔上，100℃真空干燥10h，得到正极基体。
然后将其置于磁控溅射设备的真空反应腔中，将真空室本底真空气压为5.0×10- 4Pa，在溅射功率80W下进行射频磁控溅射镀膜，将纯度99.99wt％的BaPbO3为靶材置于油压机压槽中压制成薄靶材作为溅射源，通过磁控溅射法对正极表面进行溅射镀膜，溅射时通入Ar和He的混合气体，溅射沉积时间为40min，即可得到功能层厚度为50nm高倍率高安全正极极片，功能层中的BaPbO3的质量为活性物质的质量的0.5％。
实施例4
以聚四氟乙烯为粘结剂，以乙炔黑为导电剂，LiMn2O4为活性物质，活性物质、乙炔黑、PVDF的质量比为88:6:6，充分混合均匀并于玛瑙研钵中研磨均匀，并滴入NMP溶剂。研磨80min后将浆料涂刮在集流体铝箔上，100℃真空干燥8h，得到正极基体。
然后将其置于磁控溅射设备的真空反应腔中，将真空室本底真空气压为2.0×10- 4Pa，在溅射功率20W下进行射频磁控溅射镀膜，将纯度不低于99.95wt％的BaPbO3为靶材置于油压机压槽中压制成薄靶材作为溅射源，通过磁控溅射法对正极表面进行溅射镀膜，溅射时通入Ar和He的混合气体，溅射沉积时间为50min，即可得到功能层厚度为60nm高倍率高安全正极极片，功能层中的BaPbO3的质量为活性物质的质量的0.3％。
实施例5
以聚四氟乙烯为粘结剂，以乙炔黑为导电剂，LiNi0.57Co0.2Mn0.18Zr0.02Mg0.03O2为活性物质，活性物质、乙炔黑、PVDF的质量比为92:4:4，充分混合均匀于玛瑙研钵中研磨均匀，并滴入NMP溶剂。研磨60min后将浆料涂刮在集流体铝箔上，100℃真空干燥8h，得到正极基体。
然后将其置于磁控溅射设备的真空反应腔中，真空室本底真空气压为6.0×10- 4Pa，在溅射功率60W下进行射频磁控溅射镀膜，将纯度不低于99.95wt％的BaPbO3为靶材置于油压机压槽中压制成薄靶材作为溅射源，通过磁控溅射法对正极表面进行溅射镀膜，溅射时通入Ar和He的混合气体，溅射沉积时间为10min，即可得到功能层厚度为10nm的高倍率高安全正极极片，功能层中的BaPbO3的质量为活性物质的质量的0.05％。
实施例6
以聚四氟乙烯为粘结剂，以乙炔黑为导电剂，LiNi0.57Co0.2Mn0.15Ti0.05O2为活性物质，活性物质、乙炔黑、PVDF的质量比为92:4:4，充分混合均匀于玛瑙研钵中研磨均匀，并滴入NMP溶剂。研磨60min后将浆料涂刮在集流体铝箔上，100℃真空干燥8h，得到正极基体。
然后将其置于磁控溅射设备的真空反应腔中，真空室本底真空气压为6.0×10- 4Pa，在溅射功率60W下进行射频磁控溅射镀膜，将纯度不低于99.95wt％的BaPbO3为靶材置于油压机压槽中压制成薄靶材作为溅射源，通过磁控溅射法对正极表面进行溅射镀膜，溅射时通入Ar和He的混合气体，溅射沉积时间为10min，即可得到功能层厚度为10nm的高倍率高安全正极极片，功能层中的BaPbO3的质量为活性物质的质量的0.05％。
实施例7
以聚四氟乙烯为粘结剂，以乙炔黑为导电剂，LiNi0.59Co0.19Mn0.18Zr0.02V0.01O2为活性物质，活性物质、乙炔黑、PVDF的质量比为92:4:4，充分混合均匀于玛瑙研钵中研磨均匀，并滴入NMP溶剂。研磨60min后将浆料涂刮在集流体铝箔上，100℃真空干燥8h，得到正极基体。
然后将其置于磁控溅射设备的真空反应腔中，真空室本底真空气压为6.0×10- 4Pa，在溅射功率60W下进行射频磁控溅射镀膜，将纯度不低于99.95wt％的BaPbO3为靶材置于油压机压槽中压制成薄靶材作为溅射源，通过磁控溅射法对正极表面进行溅射镀膜，溅射时通入Ar和He的混合气体，溅射沉积时间为10min，即可得到功能层厚度为10nm的高倍率高安全正极极片，功能层中的BaPbO3的质量为活性物质的质量的0.05％。
需要说明的是，在可选的实施例中，集流体还可以选用铝网、碳网、镍网和碳膜中的一种，并不局限于铝箔。
对比例1
以聚四氟乙烯为粘结剂，以乙炔黑为导电剂，LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2为活性物质，活性物质、乙炔黑、PVDF的质量比为92:4:4，充分混合均匀并于玛瑙研钵中研磨均匀，并滴入NMP溶剂。研磨60min后将浆料涂刮在铝箔上，100℃真空干燥8h，得到正极极片。
对比例2
以聚四氟乙烯为粘结剂，以乙炔黑为导电剂，LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2为活性物质，活性物质、乙炔黑、PVDF的质量比为92:4:4，充分混合均匀并于玛瑙研钵中研磨均匀，并滴入NMP溶剂。研磨60min后将浆料涂刮在铝箔上，100℃真空干燥8h，然后将其置于磁控溅射设备的真空反应腔中，真空室本底真空气压为6.0×10-4Pa，在溅射功率60W下进行射频磁控溅射镀膜,将纯度不低于99.95wt％的BaTiO3为靶材置于油压机压槽中压制成薄靶材作为溅射源，通过磁控溅射法对正极表面进行溅射镀膜，溅射时通入Ar和He的混合气体，溅射沉积时间为10min，得到正极极片。
对比例3
以聚四氟乙烯为粘结剂，以乙炔黑为导电剂，LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2为活性物质，活性物质、乙炔黑、PVDF的质量比为92:4:4，充分混合均匀于玛瑙研钵中研磨均匀，并滴入NMP溶剂，研磨60min后制得浆料。将集流体铝箔上置于磁控溅射设备的真空反应腔中，真空室本底真空气压为6.0×10-4Pa，在溅射功率60W下进行射频磁控溅射镀膜,将纯度不低于99.95wt％的BaPbO3为靶材置于油压机压槽中压制成薄靶材作为溅射源，通过磁控溅射法对正极表面进行溅射镀膜，溅射时通入Ar和He的混合气体，溅射沉积时间为10min，得到镀有BaPbO3膜的铝箔集流体，再将前面得到的浆料涂刮在镀有BaPbO3膜铝箔上，100℃真空干燥8h，得到正极极片。
将上述实施例和对比例得到的极片用同样的工艺做成软包电池进行倍率性能测试：常温4C充放电循环测试200周；安全针刺实验：将电池充满电，然后使用钢针将电池刺穿。性能测试结果见表1。
表1性能测试结果
| 测试项目 | 4C，200周循环容量保持率/％ | 电池针刺现象 |
| 实施例1 | 98.5 | 电池不冒烟，不起火 |
| 实施例2 | 96.7 | 电池不冒烟，不起火 |
| 实施例3 | 99.3 | 电池不冒烟，不起火 |
| 实施例4 | 97.6 | 电池不冒烟，不起火 |
| 实施例5 | 99.2 | 电池不冒烟，不起火 |
| 实施例6 | 98.9 | 电池不冒烟，不起火 |
| 实施例7 | 98.2 | 电池不冒烟，不起火 |
| 对比例1 | 92.6 | 电池起火 |
| 对比例2 | 90.4 | 电池不冒烟，不起火 |
| 对比例3 | 88.3 | 电池不冒烟，不起火 |
从表1中可知，实施例1常温4C循环200周后容量保持率明显高于对比1和对比2，这说明采用此发明制作的正极极片做成电池后可以很大程度的提高电池的倍率性能。实施例电池不冒烟、不起火，但是对比1电池出现起火状况。实施例的测试结果优于对比例1，这说明采用此发明制作的正极极片做成电池后可以很大程度的提高电池的安全性能。
需要说明的是，仅仅将功能层设置在极耳位置，并不能第一时间感知电极与电解液接触面的温度变化，同时也不能从根本上提高正极的安全性能；采用其它PTC材料或将BaPbO3膜涂在集流体和活性物质间，电池的倍率性能会明显下降。
本申请提供的锂电池正极，倍率性能更好，结构更稳定，安全性更高。
使用本申请提供的锂电池制得的供电系统和用电设备，安全高效稳定。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种锂电池正极，其特征在于，包括正极基体以及设置在所述正极基体表面的功能层；
所述正极基体包括集流体以及设置所述集流体表面的活性导电层；所述活性导电层包括活性物质、导电剂和粘结剂，所述活性物质包括LiMσOλ，其中，所述M选自Co、Mn、Ni、Al、Fe、P、Mg、V、Ti及Zr中的至少一种，0.5≤σ≤4.0；1≤λ≤5；所述导电剂包括石墨和炭黑中的一种或多种；所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚乙烯腈、聚四氟乙烯乳液、氟化橡胶、聚烯烃、SBR橡胶和聚胺酯中的一种或几种；
所述功能层包括BaPbO3；使用BaPbO3靶材，通过磁控溅射工艺在所述正极基体表面加工得到所述功能层；所述功能层的厚度为5-100nm。
2.根据权利要求1所述的锂电池正极，其特征在于，所述功能层中的BaPbO3的质量为所述活性物质的质量的0.05%-1%。
3.根据权利要求1所述的锂电池正极，其特征在于，所述活性物质、导电剂、粘结剂的质量比为(80~98)：(1~15)：(1~12)。
4.根据权利要求1-3任一项所述的锂电池正极，其特征在于，所述集流体包括铝箔、铝网、碳网、镍网和碳膜中的一种。
5.一种权利要求1-4任一项所述的锂电池正极的制备方法，其特征在于，包括：
将所述活性导电层的原料混合并制成浆料；
将所述浆料涂在所述集流体的表面，干燥后得到所述正极基体；
所述活性导电层的原料包括活性物质、导电剂和粘结剂，所述活性物质包括LiMσOλ，其中，所述M选自Co、Mn、Ni、Al、Fe、P、Mg、V、Ti及Zr中的至少一种，0.5≤σ≤4.0；1≤λ≤5；所述导电剂包括石墨和炭黑中的一种或多种；所述粘结剂包括PVDF、聚乙烯腈、聚四氟乙烯、氟化橡胶、聚烯烃、SBR橡胶和聚胺酯中的一种或几种；
然后在所述正极基体表面加工得到所述功能层即可。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述靶材中BaPbO3的纯度为99.95%-100%。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述磁控溅射工艺中，溅射真空室本底真空气压为1-9×10-4Pa，溅射功率为10-100W，气氛为Ar和He混合气体，溅射沉积时间为10-60min。
8.一种锂电池，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的锂电池正极。
9.一种供电系统，其特征在于，包括权利要求8所述的锂电池。
10.一种用电设备，其特征在于，包括权利要求9所述的供电系统。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910805241.6A CN110429241B (zh) | 2019-08-29 | 2019-08-29 | 锂电池正极及其制备方法以及锂电池、供电系统和用电设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910805241.6A CN110429241B (zh) | 2019-08-29 | 2019-08-29 | 锂电池正极及其制备方法以及锂电池、供电系统和用电设备 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110429241A CN110429241A (zh) | 2019-11-08 |
| CN110429241B true CN110429241B (zh) | 2021-01-12 |
Family
ID=68416452
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910805241.6A Active CN110429241B (zh) | 2019-08-29 | 2019-08-29 | 锂电池正极及其制备方法以及锂电池、供电系统和用电设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110429241B (zh) |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100527483C (zh) * | 2007-07-31 | 2009-08-12 | 北京理工大学 | 一种提高锂离子电池正极安全性的表面镀膜修饰方法 |
| KR101401102B1 (ko) * | 2011-06-30 | 2014-05-30 | 주식회사 엘지화학 | 이차전지용 전극조립체 및 이를 포함한 리튬 이차전지 |
| KR102396677B1 (ko) * | 2015-06-05 | 2022-05-10 | 에스케이온 주식회사 | 리튬 이차 전지용 전극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지 |
| CN107666014A (zh) * | 2016-07-28 | 2018-02-06 | 万向二三股份公司 | 一种安全型软包装锂离子电池极耳 |
| CN107768589A (zh) * | 2016-08-15 | 2018-03-06 | 万向二三股份公司 | 一种高安全型高能量密度锂离子电池 |
| CN106784621A (zh) * | 2016-12-23 | 2017-05-31 | 惠州拓邦电气技术有限公司 | 锂离子电池极片及其制作方法、锂离子电池 |
-
2019
- 2019-08-29 CN CN201910805241.6A patent/CN110429241B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110429241A (zh) | 2019-11-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zheng et al. | A comprehensive understanding of electrode thickness effects on the electrochemical performances of Li-ion battery cathodes | |
| WO2020125516A1 (zh) | 锂金属电极及其制备方法、锂电池 | |
| TW200536169A (en) | Lithium secondary cell with high charge and discharge rate capability | |
| CN108365169A (zh) | 一种锂金属负极结构组合及其制备方法、锂电池电芯 | |
| CN116154093A (zh) | 一种负极极片，其制备方法及电化学装置 | |
| CN110247009A (zh) | 一种防过充隔膜及其制备方法和锂离子电池 | |
| CN111689500A (zh) | 一种低膨胀性的SiO/石墨复合电极材料的制备方法 | |
| EP2639199A1 (en) | Heterojunction nanomaterial, cathode pole piece for lithium-ion batteries, and lithium-ion battery | |
| CN112909237A (zh) | 改性锂镍钴锰氧化物正极材料、其制备方法及应用 | |
| CN104733691A (zh) | 大容量锂电池正极板的制备方法 | |
| CN107681113B (zh) | 正极片及其制备方法以及二次电池 | |
| CN107658461A (zh) | 一种以有机铁化合物为原料制备氟化铁/碳复合材料的方法 | |
| CN110429241B (zh) | 锂电池正极及其制备方法以及锂电池、供电系统和用电设备 | |
| CN109437290B (zh) | 一种钛酸锂纳米带线团的制备方法与锂离子超级电容器 | |
| CN110600678A (zh) | 一种耐过充极片及其制备方法和锂离子电池 | |
| JP2001210318A (ja) | 非水電解液二次電池用負極板の製造法 | |
| WO2022237106A1 (zh) | 一种无钴正极材料浆料及其制备方法和应用技术领域 | |
| CN112670471B (zh) | 一种石墨负极材料、锂离子电池及其制备方法和应用 | |
| CN112054194B (zh) | 一种磷修饰锂离子电池正极材料及其制备方法和应用 | |
| CN113675370A (zh) | 一种正极片和锂离子电池 | |
| CN107732222B (zh) | 一种钛酸锂复合材料及其制备方法，钛酸锂电池 | |
| CN112331857A (zh) | 一种提高锂离子电池安全性的正极极片及高安全性锂离子电池 | |
| CN104157873A (zh) | 一种利用聚合反应制备改性磷酸铁锂的方法 | |
| KR20190086302A (ko) | 리튬 이차전지용 전극의 내열성 측정 방법 | |
| CN108493456A (zh) | 电池正极极片、应用其的锂离子电池及降低界面电阻方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20191108 Assignee: Hunan Sangrui New Material Co.,Ltd. Assignor: Thornton New Energy Technology (Changsha) Co.,Ltd. Contract record no.: X2021980013011 Denomination of invention: Lithium battery cathode and its preparation method, lithium battery, power supply system and electric equipment Granted publication date: 20210112 License type: Exclusive License Record date: 20211124 |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220808 Address after: 411100 NO.119 Baishi West Road, Jiuhua demonstration zone, Xiangtan City, Hunan Province Patentee after: Hunan Sangrui New Material Co.,Ltd. Address before: Room g0232, headquarters building, Changsha Zhongdian Software Park, No.39 Jianshan Road, Changsha hi tech Development Zone, Changsha, Hunan 410000 Patentee before: Thornton New Energy Technology (Changsha) Co.,Ltd. |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Lithium battery cathode and its preparation method, as well as lithium battery, power supply system and electric equipment Effective date of registration: 20230104 Granted publication date: 20210112 Pledgee: China Everbright Bank Co.,Ltd. Changsha Huafeng Sub branch Pledgor: Hunan Sangrui New Material Co.,Ltd. Registration number: Y2023430000001 |
|
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Granted publication date: 20210112 Pledgee: China Everbright Bank Co.,Ltd. Changsha Huafeng Sub branch Pledgor: Hunan Sangrui New Material Co.,Ltd. Registration number: Y2023430000001 |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Lithium battery positive electrode and its preparation method, as well as lithium battery, power supply system and electrical equipment Granted publication date: 20210112 Pledgee: China Everbright Bank Co.,Ltd. Changsha Huafeng Sub branch Pledgor: Hunan Sangrui New Material Co.,Ltd. Registration number: Y2024980002053 |