CN112421023A - 一种三元混合浆料、高安全锂电池及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于锂电池制造技术领域，具体涉及一种三元混合浆料、高安全锂电池及制备方法。其中三元混合浆料的制备方法，包括以下步骤：制备氨基化的NCM，即向电晕处理后的NCM的表面喷淋氨水；制备三元混合浆料，即将氨基化的NCM与氧化铝、石墨烯粉末进行混合；本发明制得的三元混合浆料，提高了三元正极材料的稳定性；将所述三元混合浆料制得高安全锂电池，不仅提高了锂电池的稳定性，还提高了离子传输速率，提高了锂电池的循环性能和倍率性能，同时进一步提高了锂电池在使用过程中的安全性。

Description

一种三元混合浆料、高安全锂电池及制备方法
技术领域
本发明属于锂电池制造技术领域，具体涉及一种三元混合浆料、高安全锂电池及制备方法。
背景技术
锂电池主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液等构成，正极材料在锂电池的总成本中占据40％以上的比例，并且正极材料的性能直接影响了锂电池的各项性能指标，所以锂电正极材料在锂电池中占据核心地位。
目前已经市场化的锂电池正极材料包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料等产品。镍钴锰酸锂(NCM)是锂离子电池的关键三元正极材料，拥有比单元正极材料更高的比容量和更低的成本。三元材料较高的容量显著提升了动力电池的能量密度；但是三元材料在循环过程中容易发生容量损失，使电池的热稳定性能较差。
发明内容
本发明提供了一种三元混合浆料、高安全锂电池及制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种三元混合浆料的制备方法，包括以下步骤：制备氨基化的NCM，即向电晕处理后的NCM的表面喷淋氨水；制备三元混合浆料，即将氨基化的NCM与氧化铝、石墨烯粉末进行混合。
第二方面，本发明还提供了一种三元混合浆料，包括：氨基化的NCM、氧化铝和石墨烯粉末。
第三方面，本发明还提供了一种高安全锂电池的制备方法，包括以下步骤：制备正极极片，将三元混合浆料涂布在铝箔上进行烘干、碾压、分条；制备负极极片，将负极材料涂敷在铜箔上进行烘干、碾压、分条；装配高安全锂电池，将正极极片、负极极片与隔膜一起卷绕、热压、铝塑膜封装、烘干后，注入电解液；将装配完成的高安全锂电池进行陈化、预充电、二次封装、老化分容。
第四方面，本发明还提供了一种高安全锂电池，所述高安全锂电池的正极材料为三元混合浆料。
本发明的有益效果是，本发明提供的三元混合浆料，通过对NCM进行氨基化改性，在NCM的表面引入氨基，再将氨基化的NCM与氧化铝和石墨烯粉末进行混合，制得三元混合浆料；将三元混合浆料用于制备高安全锂电池，不仅提高了锂电池的稳定性，还提高了离子传输速率，提高了锂电池的循环性能和倍率性能，同时进一步提高了锂电池在使用过程中的安全性。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的三元混合浆料中各组分的结构示意图。
图中：
1-NCM；2-氧化铝；3-石墨烯粉末。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现有技术中常采用界面包覆来提升三元电池的稳定性，但将氧化铝包覆于三元材料的表面，会影响三元材料作为正极材料时锂电池的离子传输速率。
为了同时提升三元材料的稳定性和离子传输速率，本发明提供了一种三元混合浆料的制备方法，包括以下步骤：制备氨基化的NCM，即向电晕处理后的NCM的表面喷淋氨水；制备三元混合浆料，即将氨基化的NCM与氧化铝、石墨烯粉末进行混合。
其中，对NCM三元材料进行氨基化改性的反应机理为：
NCM-OH+NH3·H2O→NCM-O-NH2
式中，NCM-OH为NCM三元材料以及覆着在NCM三元材料表面的游离羟基。
具体的，如图1所示，在NCM的表面进行电晕处理，然后通过喷洒氨水，将氨基引入到NCM的表面，制得氨基化的NCM1；再将氨基化的NCM1与氧化铝和石墨烯粉末进行混合，使石墨烯粉末3分布于氧化铝2的周围，形成离子传输通道，以提高离子传输速率。
其中，可选的，所述NCM中镍的质量百分比不低于50％，粒径分布D50可以但不限于为0.3μm～2.0μm。
可选的，所述三元混合浆料中氧化铝的质量百分比可以但不限于为0.1％～1.5％；所述氧化铝可以但不限于为α-氧化铝，粒径分布D50可以但不限于为0.1μm～1.5μm。
可选的，所述三元混合浆料中石墨烯粉末的质量百分比可以但不限于为0.1％～0.8％；所述石墨烯粉末的粒径分布D50为100nm～500nm。。
进一步的，本发明还提供了一种三元混合浆料，包括：氨基化的NCM、氧化铝和石墨烯粉末。
进一步的，本发明还提供了一种高安全锂电池的制备方法，包括以下步骤：制备正极极片，将三元混合浆料涂布在铝箔上进行烘干、碾压、分条；制备负极极片，将负极材料涂敷在铜箔上进行烘干、碾压、分条；装配高安全锂电池，将正极极片、负极极片与隔膜一起卷绕、热压、铝塑膜封装、烘干后，注入电解液；将装配完成的高安全锂电池进行陈化、预充电、二次封装、老化分容。
其中，可选的，所述负极材料可以但不限于包括：人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳、硬碳中的一种或多种。
可选的，所述负极材料的粒径分布D50可以但不限于为0.3μm～2.0μm。
可选的，所述隔膜可以但不限于包括：无纺布、湿法PE隔膜、干法PP隔膜或陶瓷涂覆隔膜。
可选的，所述隔膜的厚度可以但不限于为1.0～30μm。
可选的，所述电解液可以但不限于包括：碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯中的一种或多种。
可选的，所述高安全锂电池的装配方式可以但不限于为圆柱、方形或软包。
进一步的，本发明还提供了一种高安全锂电池，所述高安全锂电池的正极材料为三元混合浆料。
实施例1
(1)制备正极极片
对10kg粒度分布D50为0.8μm的NCM622三元材料进行电晕处理，向电晕处理后的NCM622的表面喷淋氨水，制得氨基化的NCM622；将氨基化的NCM622与0.05kg粒度分布D50为0.6μm的α-氧化铝、0.02kg粒度分布D50为200nm的石墨烯粉末进行混合后，制得三元混合浆料；将所述三元混合浆料涂布在铝箔上进行烘干、碾压、分条。
(2)制备负极极片
将粒度分布D50为0.8μm的石墨制浆后涂敷在铜箔上进行烘干、碾压、分条。
(3)装配高安全锂电池
将正极极片、负极极片与厚度为3μm的隔膜一起卷绕、热压、铝塑膜封装、烘干后，注入碳酸乙烯酯；将装配完成的高安全锂电池进行不少于24小时的陈化后，再对高安全锂电池进行预充电、二次封装、老化分容。
实施例2
(1)制备正极极片
对10kg粒度分布D50为2.0μm的NCM622三元材料进行电晕处理，向电晕处理后的NCM622的表面喷淋氨水，制得氨基化的NCM622；将氨基化的NCM622与0.15kg粒度分布D50为1.5μm的α-氧化铝、0.01kg粒度分布D50为500nm的石墨烯粉末进行混合后，制得三元混合浆料；将所述三元混合浆料涂布在铝箔上进行烘干、碾压、分条。
(2)制备负极极片
将粒度分布D50为0.3μm的石墨制浆后涂敷在铜箔上进行烘干、碾压、分条。
(3)装配高安全锂电池
将正极极片、负极极片与厚度为30μm的隔膜一起卷绕、热压、铝塑膜封装、烘干后，注入碳酸乙烯酯；将装配完成的高安全锂电池进行不少于24小时的陈化后，再对高安全锂电池进行预充电、二次封装、老化分容。
实施例3
(1)制备正极极片
对10kg粒度分布D50为0.3μm的NCM622三元材料进行电晕处理，向电晕处理后的NCM622的表面喷淋氨水，制得氨基化的NCM622；将氨基化的NCM622与0.1kg粒度分布D50为0.1μm的α-氧化铝、0.08kg粒度分布D50为300nm的石墨烯粉末进行混合后，制得三元混合浆料；将所述三元混合浆料涂布在铝箔上进行烘干、碾压、分条。
(2)制备负极极片
将粒度分布D50为2.0μm的石墨制浆后涂敷在铜箔上进行烘干、碾压、分条。
(3)装配高安全锂电池
将正极极片、负极极片与厚度为1.0μm的隔膜一起卷绕、热压、铝塑膜封装、烘干后，注入碳酸乙烯酯；将装配完成的高安全锂电池进行不少于24小时的陈化后，再对高安全锂电池进行预充电、二次封装、老化分容。
实施例4
(1)制备正极极片
对10kg粒度分布D50为1.6μm的NCM622三元材料进行电晕处理，向电晕处理后的NCM622的表面喷淋氨水，制得氨基化的NCM622；将氨基化的NCM622与0.08kg粒度分布D50为1.3μm的α-氧化铝、0.06kg粒度分布D50为400nm的石墨烯粉末进行混合后，制得三元混合浆料；将所述三元混合浆料涂布在铝箔上进行烘干、碾压、分条。
(2)制备负极极片
将粒度分布D50为1.5μm的石墨制浆后涂敷在铜箔上进行烘干、碾压、分条。
(3)装配高安全锂电池
将正极极片、负极极片与厚度为15μm的隔膜一起卷绕、热压、铝塑膜封装、烘干后，注入碳酸乙烯酯；将装配完成的高安全锂电池进行不少于24小时的陈化后，再对高安全锂电池进行预充电、二次封装、老化分容。
对比例1
(1)制备正极极片
对10kg粒度分布D50为0.8μm的NCM622三元材料进行电晕处理，向电晕处理后的NCM622的表面喷淋氨水，制得氨基化的NCM622；将氨基化的NCM622与0.05kg粒度分布D50为0.6μm的α-氧化铝进行混合后，制得三元混合浆料；将所述三元混合浆料涂布在铝箔上进行烘干、碾压、分条。
(2)制备负极极片
将粒度分布D50为0.8μm的石墨制浆后涂敷在铜箔上进行烘干、碾压、分条。
(3)装配锂电池
将正极极片、负极极片与厚度为3μm的隔膜一起卷绕、热压、铝塑膜封装、烘干后，注入碳酸乙烯酯；将装配完成的锂电池进行不少于24小时的陈化后，再对锂电池进行预充电、二次封装、老化分容。
对比例2
(1)制备正极极片
对10kg粒度分布D50为0.8μm的NCM622制浆后涂布在铝箔上进行烘干、碾压、分条。
(2)制备负极极片
将粒度分布D50为0.8μm的石墨制浆后涂敷在铜箔上进行烘干、碾压、分条。
(3)装配锂电池
将正极极片、负极极片与厚度为3μm的隔膜一起卷绕、热压、铝塑膜封装、烘干后，注入碳酸乙烯酯；将装配完成的锂电池进行不少于24小时的陈化后，再对锂电池进行预充电、二次封装、老化分容。
性能参数对比分析
本部分对实施例1至实施例4以及对比例1、对比例2中制得高安全锂电池的相关性能进行测试，结果如表1所示。
表1高安全锂电池的性能测试结果汇总表
Figure BDA0002801995630000081
从表1中的数据可以看出实施例1至实施例4中制得的耐高安全锂电池的稳定性明显高于对比例1和对比例2中的锂电池。
综上所述，本发明提供的高安全锂电池，通过对NCM进行氨基化改性，在NCM的表面引入氨基，再将氨基化的NCM与氧化铝和石墨烯粉末进行混合，制得三元混合浆料；将三元混合浆料用于制备高安全锂电池，不仅提高了锂电池的稳定性，还提高了离子传输速率，提高了锂电池的循环性能和倍率性能，同时进一步提高了锂电池在使用过程中的安全性。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种三元混合浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备氨基化的NCM，即向电晕处理后的NCM的表面喷淋氨水；
制备三元混合浆料，即将氨基化的NCM与氧化铝、石墨烯粉末进行混合。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述NCM中镍的质量百分比不低于50％，粒径分布D50为0.3μm～2.0μm。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述三元混合浆料中氧化铝的质量百分比为0.1％～1.5％；
所述氧化铝为α-氧化铝，粒径分布D50为0.1μm～1.5μm。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述三元混合浆料中石墨烯粉末的质量百分比为0.1％～0.8％；
所述石墨烯粉末的粒径分布D50为100nm～500nm。。
5.一种三元混合浆料，其特征在于，包括：
氨基化的NCM、氧化铝和石墨烯粉末。
6.一种高安全锂电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备正极极片，将三元混合浆料涂布在铝箔上进行烘干、碾压、分条；
制备负极极片，将负极材料涂敷在铜箔上进行烘干、碾压、分条；
装配高安全锂电池，将正极极片、负极极片与隔膜一起卷绕、热压、铝塑膜封装、烘干后，注入电解液；
将装配完成的高安全锂电池进行陈化、预充电、二次封装、老化分容。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，
所述负极材料包括：人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳、硬碳中的一种或多种。
8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，
所述隔膜包括：无纺布、湿法PE隔膜、干法PP隔膜或陶瓷涂覆隔膜。
9.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，
所述电解液包括：碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯中的一种或多种。
10.一种高安全锂电池，其特征在于，
所述高安全锂电池的正极材料为三元混合浆料。
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