CN113314704B - 一种卤化锂高能量密度电池正极浆料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种卤化锂高能量密度电池正极浆料及其制备方法,该制备方法包括如下步骤:步骤S1,准备卤化锂复合盐的水溶液,卤化锂复合盐的摩尔浓度为3mol/L~35mol/L,所述卤化锂复合盐含有两种或两种以上的卤化锂盐;步骤S2,将聚丙烯酯粘结剂加入到卤化锂复合盐的水溶液中,搅拌分散,然后加入导电剂分散均匀,得到导电浆料;步骤S3,在导电浆料中加入聚乙炔、石墨的混合物,分散均匀,得到正极浆料,其中,石墨在正极浆料中的重量百分比大于20%。采用本发明的技术方案,使得卤化锂正极材料拥有更高的克容量,其电池能量密度更高,可到300~450Wh/kg,大幅提高了锂离子电池的能量密度。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池材料技术领域,尤其涉及一种卤化锂高能量密度电池正极浆料及其制备方法。
背景技术
目前,锂离子电池正极材料以钴酸锂、镍钴锰酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂正材料为主,金属氧化物正极材料的克实容量一般为130~155mAh/g,金属氧化物正极材料通过包覆的高电压体系克容量可达181mAh/g,而与其匹配石墨负极的克容量为360mAh/g,负极硅碳材料克容量可达400~700mAh/g。实际上金属氧化物理论克容量也不高,比如钴酸锂理论克容量仅有274mAh/g。因为正极材料克容量受限,金属氧化物锂离子电池的能量密度一般为140~240Wh/kg。目前量产较高的锂离子电池可以达到220wh/kg,更高能量密度的还需要新的材料突破。
发明内容
针对以上技术问题,本发明公开了一种卤化锂高能量密度电池正极浆料及其制备方法,采用卤化锂材料体系的电池能量密度可提高到300~450Wh/kg,电池具有更高的能量密度。
对此,本发明采用的技术方案为:
一种卤化锂高能量密度电池正极浆料及其制备方法,其包括如下步骤:
步骤S1,准备卤化锂复合盐的水溶液,卤化锂复合盐的摩尔浓度为3mol/L~35mol/L,所述卤化锂复合盐含有两种或两种以上的卤化锂盐;
步骤S2,将聚丙烯酸酯粘结剂加入到卤化锂复合盐的水溶液中,搅拌分散,然后加入导电剂分散均匀,得到导电浆料;
步骤S3,在导电浆料中加入聚乙炔、石墨的混合物,分散均匀,得到正极浆料,其中,石墨在正极浆料中的重量百分比大于20%。
采用此技术方案,步骤S3中加入石墨,石墨也是活性物质,在石墨为负极的锂电中,充电过程时,锂离子脱出嵌入负极的石墨中,卤离子留在正极在嵌入正极石墨中;其中聚乙炔主要不是起到导电剂的作用,而是采用类似聚乙炔拥有π-轨道物质或机团半导体/导体,在正极片可以阻止电子被电解液中游离离子获取,提高了电池能量密度。而且,正极中石墨含量大于20%,卤化锂的克容量才能得到充分发挥。
卤化锂与常规氧化物正极材料的理论克容量如下表1所示,并且氧化物正极结构原因,仅可发挥理论容量的50%~68%;卤锂克容量大幅高于常规正极,电池能密度也得到大幅提高。
表1卤化锂与常规氧化物正极材料的理论克容量对比表
作为本发明的进一步改进,步骤S1中,将卤化锂复合盐溶解于去离子水中,并冷却至室温,得到卤化锂复合盐的水溶液。
作为本发明的进一步改进,步骤S1中,所述卤化锂复合盐水溶液中,卤化锂复合盐的摩尔浓度为5mol/L~25mol/L。
作为本发明的进一步改进,步骤S1中,所述卤化锂复合盐含有氯化锂、溴化锂、碘化锂、氟化锂中的至少两种。
作为本发明的进一步改进,步骤S2中,所述导电剂包括单壁碳管和Super-P导电剂。
作为本发明的进一步改进,步骤S2中,聚丙烯酸酯、单壁碳管、Super-P导电剂在导电浆料中的重量百分比分别为:0.08%~0.2%、0.5%~2.5%、1%~4%。。
作为本发明的进一步改进,步骤S2中,将聚丙烯酸酯粘结剂加入到卤化锂复合盐的水溶液中,低速搅拌分散20~60min,随后加入单壁碳管分散液,分散均匀,随后加入SP分散均匀,得到导电浆料。
作为本发明的进一步改进,步骤S3中,还包括加入去离子水调节正极浆料的粘度,使粘度为2500~5000mPa.s。
作为本发明的进一步改进,步骤S3中,聚乙炔在正极浆料的中重量百分比为3~8%。
作为本发明的进一步改进,步骤S3中,石墨在正极浆料的中重量百分比为20~40%。
作为本发明的进一步改进,步骤S3中,将聚乙炔与石墨混加材料加入导电浆料之前,在聚乙炔、石墨的混合物中加入碘单质后进行干混研磨。
采用此技术方案,I碘单质掺杂到聚乙炔中可以形成N型半导体,构筑激活态π-轨道系统,形成良好的电荷载流子输运通道,并在聚乙炔与石墨之间形成连接通道,将π-轨道系统扩展到周围的石墨,大大提高电子导电能力与卤离子迁移速率。充放电过程,电子得失发生在极片中,电子不被电解液中游离离子获取。
本发明还公开了一种卤化锂高能量密度电池正极浆料,其采用如上所述的卤化锂高能量密度电池正极浆料的制备方法制备得到。
本发明还公开了一种锂离子电池,其正极采用如上所述的卤化锂高能量密度电池正极浆料制备得到。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
采用本发明的技术方案,卤化锂正极材料克容量:LiI克容理208mAh/g,LiBr克容量为320mAh/g,LiCl克容量为656mAh/g,LiF克容量为1073mAh/g,这样,采用卤化锂复合盐,使得卤化锂正极材料拥有更高的克容量,其电池能量密度更高,可到300~450Wh/kg,大幅提高了锂离子电池的能量密度。
附图说明
图1是本发明一种卤化锂高能量密度电池正极浆料的SEM图。
具体实施方式
下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
一种卤化锂高能量密度电池正极浆料的制备方法,包括以下步骤:
(A)卤化锂复合盐溶解于去离子水中,并冷却至室温,制备到到高浓度的氯化锂、溴化锂、碘化锂、氟化锂复合盐,复合盐或可以是两种或两种以上,混合盐的摩尔浓度范围为:3mol/L~35mol/L;
(B)将聚丙烯酸酯粘结剂加入步聚A的溶液中,低速搅拌分散30min,使粘结剂分散均匀;随后加入单壁碳管(分散液)分散均匀,随后加入Super-P高速分散均匀,得到导电浆料;
(C)上述导电浆料中加入聚乙炔与石墨混合材料,高速分散均匀加入去离子水调节浆料粘度,得到粘度为2500~5000mPa.s正极浆料。
优选的,步骤(A)中,两种或两种以上卤化锂复合锂盐溶液摩尔浓度为3~35mol/L。
优选的,步骤(B)中,单壁碳管、Super-P、聚丙烯酸酯在导电浆料中的重量百分比分别为:0.08%~0.2%,0.5%~2.5%,1%~4%。
优选的,步骤(C)中,聚乙炔、石墨在正极浆料中的重量百分比分别为:3~8%,20~40%。
优选的,步骤(C)中,将聚乙炔与石墨混加材料加入导电浆料之前,还需加放碘单质进行干混研磨,使I碘单质掺杂到聚乙炔中型成N型半导体,构筑激活态π-轨道系统,形成良好的电荷载流子输运通道,并在聚乙炔与石墨之间形成连接通道,将π-轨道系统扩展到周围的石墨,充放电过程,电子得失发生在极片中,电子不被电解液中游离离子获取。
下面结合具体的实施例进行说明。
实施例1
一种卤化锂高能量密度电池正极浆料,其采用如下步骤制备得到:
1)称取800g去离子水,加入768g溴化锂,以自转转速500R/min公转转速15R/min,搅拌10min,使溴化锂完成溶解.
2)加入384g氯化锂,以自转转速500R/min公转转速15R/min,搅拌10min,使氯化锂完成溶解。
3)称取333.3gNV-1T-N粘结剂乳液(其固含量为15%),加入双行星搅拌罐中,以自转转速500R/min公转转速15R/min,搅拌30min。
4)加入200g固含量0.4%的单壁碳管分散液,2000R/min公转转速35R/min,搅拌20min。
5)加入20g Super-P导电剂以自转转速2500R/min公转转速35R/min,搅拌60min。
6)加放768g人造石墨与10g掺有1%碘单质的聚乙炔,2500R/min公转转速35R/min,搅拌240min,得到正极浆料。其中掺有1%碘单质的聚乙炔为将碘单质放入聚乙炔中进行干混研磨得到。
7)加入100g去离子水,调节粘度为2500mpa.s。
本实施例得到的正极浆料的SEM如图1所示,说明分散良好。
另外,取实施案例1制备的浆料涂布制作成极片,并制扣式电池,测试结果如下表2所示:
表2
通过上表可见,采用卤化锂材料体系的正极掺杂卤化物克容量达到400以上,电池具有更高的能量密度。
实施例2
一种卤化锂高能量密度电池正极浆料,其采用如下步骤制备得到:
1)称取800g去离子水,加入768g溴化锂,以自转转速500R/min公转转速15R/min,搅拌10min,使溴化锂完成溶解.
2)加入384g氯化锂,以自转转速500R/min公转转速15R/min,搅拌10min,使氯化锂完成溶解。
3)称取333.3gNV-1T-N粘结剂乳液(其固含量为15%),加入双行星搅拌罐中,以自转转速500R/min公转转速15R/min,搅拌30min。
4)加入200g固含量0.4%的单壁碳管分散液,2000R/min公转转速35R/min,搅拌20min。
5)加入20g Super-P导电剂以自转转速2500R/min公转转速35R/min,搅拌60min。
6)A组加放152g、B组加入228g、C组加放304g、D组加放456g、E组加放608g的人造石墨与10g掺有1%碘单质聚乙炔,2500R/min公转转速35R/min,搅拌240min,得到正极浆料。
7)加入100g去离子水,调节粘度为2500mpa.s。
本实施例测试各组克容量如表3所示:
表3
项目 | A组 | B组 | C组 | D组 | E组 |
配方料重量 | 1364.795 | 1440.795 | 1516.795 | 1668.795 | 1820.795 |
配方中石墨重量 | 152 | 228 | 304 | 456 | 608 |
配方中卤化锂重量 | 1152 | 1152 | 1152 | 1152 | 1152 |
石墨重量百分比 | 11.1% | 15.8% | 20.0% | 27.3% | 33.4% |
极片克容量 | 175.40 | 249.54 | 315.57 | 286.55 | 262.76 |
卤化锂重量克容量 | 207.8 | 312.1 | 415.5 | 415.1 | 415.3 |
从以上数据得出,只有正极石墨含量大于20%,卤化锂的克容量才能充分发挥;随着正极中石墨含量进一步增加,卤化锂克容量没有增加,反而正极片整体克容量随石墨增加而降低,从设计考虑,正极石墨应有所过量0~20%,故正极中石墨重量百分比优选为20%~40%。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种卤化锂高能量密度电池正极浆料的制备方法,其特征在于,其包括如下步骤:
步骤S1,准备卤化锂复合盐的水溶液,卤化锂复合盐的摩尔浓度为3mol/L~35mol/L,所述卤化锂复合盐含有两种以上的卤化锂盐;
步骤S2,将聚丙烯酸酯粘结剂加入到卤化锂复合盐的水溶液中,搅拌分散,然后加入导电剂分散均匀,得到导电浆料;
步骤S3,在导电浆料中加入聚乙炔、石墨的混合物,分散均匀,得到正极浆料;其中,石墨在正极浆料中的重量百分比大于20%;
步骤S2中,所述导电剂包括单壁碳管和Super-P导电剂,所述聚丙烯酸酯、单壁碳管、Super-P导电剂在导电浆料中的重量百分比分别为:0.08%~0.2%、0.5%~2.5%、1%~4%;
步骤S3中,将聚乙炔与石墨混加材料加入导电浆料之前,在聚乙炔、石墨的混合物中加入碘单质后进行干混研磨。
2.根据权利要求1所述的卤化锂高能量密度电池正极浆料的制备方法,其特征在于:步骤S1中,将卤化锂复合盐溶解于去离子水中,并冷却至室温,得到卤化锂复合盐的水溶液;所述卤化锂复合盐水溶液中,卤化锂复合盐的摩尔浓度为5mol/L~25mol/L。
3.根据权利要求2所述的卤化锂高能量密度电池正极浆料的制备方法,其特征在于:步骤S1中,所述卤化锂复合盐含有氯化锂、溴化锂、碘化锂、氟化锂中的至少两种。
4.根据权利要求3所述的卤化锂高能量密度电池正极浆料的制备方法,其特征在于:步骤S2包括,将聚丙烯酸酯粘结剂加入到卤化锂复合盐的水溶液中,低速搅拌分散20~60min,随后加入单壁碳管分散液,分散均匀,随后加入Super-P导电剂分散均匀,得到导电浆料。
5.根据权利要求1所述的卤化锂高能量密度电池正极浆料的制备方法,其特征在于:步骤S3中,还包括加入去离子水调节正极浆料的粘度,使粘度为2500~5000mPa.s。
6.一种卤化锂高能量密度电池正极浆料,其特征在于:其采用如权利要求1~5任意一项所述的卤化锂高能量密度电池正极浆料的制备方法制备得到。
7.一种锂离子电池,其特征在于:其正极采用如权利要求6所述的卤化锂高能量密度电池正极浆料制备得到,负极为石墨负极。
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