CN115020651B - 一种正极极片及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种正极极片及其制备方法与应用，其中，制备方法包括步骤：将正极活性物质、导电剂和粘结剂加入有机溶剂中，在搅拌过程中加入LiPO₂F₂添加剂，制得正极浆料，其中，正极活性物质的质量百分比为A wt％，LiPO₂F₂添加剂的质量百分比为B wt％；将所述正极浆料涂覆在集流体上，待所述正极浆料干燥后经辊压，模切工序，制得所述正极极片，所述正极浆料的涂覆面密度为C，且A，B，C满足1≤(A+100*B)/C≤1.5。本发明制备的正极极片界面阻抗小，将其用于制备电池时可有效减小电池的直流内阻，从而减小电池充放电时的极化作用，提高电池的快速充电性能。

Description

一种正极极片及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及电池极片技术领域，特别涉及一种正极极片及其制备方法与应用。

背景技术

锂离子电池的能量密度和快充性能一直是电动车发展的限制因素，也是科研人员研究的热点。

电池充电通常采取恒流恒压充电模式，即电池前期采用恒定的电流充电，当电压达到上限截止电压时，电流逐渐减小至截止电流，电池充电结束。由此可知，恒流阶段电流恒定且最大，所以恒流阶段的充电量是决定快充能力的关键。现有的提升快充的方案通常是通过改善电池的动力学来提升恒流充电阶段的电流。该方案能很大程度提升电池的快充能力，但还是存在一定的缺陷。其中，当充电电流过大时，电池的极化作用增大，电池到达截止电压的时间缩短。当恒流充电时间缩短时，相应的恒压充电时间就会延长，所以整体电池的充电时间并没有缩短多少。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种正极极片及其制备方法与应用，旨在解决现有电池的正极界面抗阻较大，导致电池的快速充电性能较差的问题。

本发明的技术方案如下：

一种正极极片的制备方法，其中，包括步骤：

将正极活性物质、导电剂和粘结剂加入有机溶剂中，在搅拌过程中加入LiPO₂F₂添加剂，制得正极浆料，其中，正极活性物质的质量百分比为Awt％，LiPO₂F₂添加剂的质量百分比为B wt％；

将所述正极浆料涂覆在集流体上，待所述正极浆料干燥后经辊压，模切工序，制得所述正极极片，所述正极浆料的涂覆面密度为C，且A，B，C满足1≤(A+100*B)/C≤1.5。

所述正极极片的制备方法，其中，所述正极活性物质为LiNi₆Co₂Mn₂O₂、LiCoO₂、LiNiO₂、LiMnO₂和LiNi_0.5Mn_1.5O₄中的一种或多种。

所述正极极片的制备方法，其中，所述导电剂为导电炭黑，导电石墨，碳纳米管，碳纤维和石墨烯中的一种或多种。

所述正极极片的制备方法，其中，所述粘结剂为聚偏二氟乙烯，聚四氟乙烯，聚乙烯醇，羧甲基纤维素和聚烯烃中的一种或多种。

所述正极极片的制备方法，其中，所述有机溶剂为NMP、DMF和环己烷中的一种或多种。

所述正极极片的制备方法，其中，所述正极活性物质的质量百分比A为96.1wt％-96.7wt％；所述LiPO₂F₂添加剂的质量百分比B为0.8wt％-1.5wt％。

所述正极极片的制备方法，其中，所述正极浆料的涂覆面密度C＝170g/m²-200g/m²。

一种正极极片，其中，采用本发明所述正极极片的制备方法制得。

一种正极极片的应用，其中，将本发明正极极片用于制备快充电池。

有益效果：本发明通过将正极浆料按照涂覆面密度为C涂覆在集流体上来制备正极极片，所述正极浆料包括质量百分比为A wt％的正极活性物质，质量百分比为B wt％的LiPO₂F₂添加剂，导电剂和粘结剂；当A，B，C满足1≤(A+100*B)/C≤1.5时，LiPO₂F₂添加剂改善正极成膜的致密性和导电性效果最好，能有效的降低正极界面阻抗，减小电池的直流内阻，从而减小电池充放电时的极化作用，提高电池的快速充电性能。

附图说明

图1为本发明一种正极极片的制备方法流程图。

具体实施方式

本发明提供一种正极极片及其制备方法与应用，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，图1为本发明提供的一种正极极片的制备方法流程图，如图所示，其包括步骤：

S10、将正极活性物质、导电剂和粘结剂加入有机溶剂中，在搅拌过程中加入LiPO₂F₂添加剂，制得正极浆料，其中，正极活性物质的质量百分比为A wt％，LiPO₂F₂添加剂的质量百分比为Bwt％；

S20、将所述正极浆料涂覆在集流体上，待所述正极浆料干燥后经辊压，模切工序，制得所述正极极片，所述正极浆料的涂覆面密度为C，且A，B，C满足1≤(A+100*B)/C≤1.5。

具体来讲，本实施例通过将正极浆料按照涂覆面密度为C涂覆在集流体上来制备正极极片，所述正极浆料包括质量百分比为Awt％的正极活性物质，质量百分比为BAwt％的LiPO₂F₂添加剂，导电剂和粘结剂；本实施例通过实验发现，当A，B，C满足1≤(A+100*B)/C≤1.5时，LiPO₂F₂添加剂改善正极成膜的致密性和导电性效果最好，能有效的降低正极界面阻抗，减小电池的直流内阻，从而减小电池充放电时的极化作用，提高电池的快速充电性能。

在一些实施方式中，所述正极活性物质为LiNi₆Co₂Mn₂O₂、LiCoO₂、LiNiO₂、LiMnO₂和LiNi_0.5Mn_1.5O₄中的一种或多种，但不限于此。

在一些实施方式中，所述导电剂为导电炭黑，导电石墨，碳纳米管，碳纤维和石墨烯中的一种或多种，但不限于此。

在一些实施方式中，所述粘结剂为聚偏二氟乙烯，聚四氟乙烯，聚乙烯醇，羧甲基纤维素和聚烯烃中的一种或多种，但不限于此。

在一些实施方式中，所述有机溶剂为NMP、DMF和环己烷中的一种或多种，但不限于此。

在一些实施方式中，所述正极活性物质的质量百分比A为96.1wt％-96.7wt％，所述LiPO₂F₂添加剂的质量百分比B为0.8wt％-1.5wt％，所述正极浆料的涂覆面密度C＝170g/m²-200g/m²。在该比例范围内，制备的正极极片界面阻抗，可减小电池的直流内阻，从而减小电池充放电时的极化作用，提高电池的快速充电性能。

在一些实施方式中，还提供一种正极极片，其采用本发明所述正极极片的制备方法制得。

在一些实施方式中，还提供一种正极极片的应用，将本发明正极极片用于制备快充电池。由于本发明制备的正极极片界面阻抗较小，将该正极极片用于制备快充电池时，可以减小快充电池的直流内阻，从而减小电池充放电时的极化作用，提高电池的快速充电性能。

下面通过具体实施例对本发明做进一步的解释说明：

实施例1

步骤1：将正极活性物质LiNi₆Co₂Mn₂O₂，导电剂super P，碳纳米管(CNTs)和粘结剂PVDF按重量比96.7％：0.8％：0.4％：1.3％一并加入NMP溶剂中进行合浆，然后在高速搅拌中加入LiPO₂F₂添加剂，制得正极浆料。其中，LiPO₂F₂添加剂的量为总固含量的0.8wt％。

步骤2：将步骤1所制得的浆料均匀的涂覆在10um铝箔集流体上，面密度为170g/m²；浆料干燥后经辊压，模切工序得到正极极片。

步骤3：将步骤2制得的正极极片搭配合适的负极极片，隔膜，电解液组装成电池。其中，所述负极极片由负极浆料均匀涂覆在6um铜箔上制作，经烘烤，辊压，模切而成。所述负极浆料由人造石墨，导电剂super P，增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)和粘结剂丁苯橡胶(SBR)按质量比为96.0％：0.8％：1.2％：2.0％高速搅拌制得。所述隔膜为PP/PE隔膜，所述电解液为锂盐LiPF₆为1mol/L的有机溶剂。

步骤4：对步骤3制得的电池进行常温和45℃高温循环测试，其中循环充放电电流为1C。

实施例2

按照实施例1中的方法制得正极极片，组装成电池进行测试。不同之处在于，LiPO₂F₂添加剂的量为正极活性物质的1.0wt％。

实施例3

按照实施例1中的方法制得正极极片，组装成电池进行测试。不同之处在于，LiPO₂F₂添加剂的量为正极活性物质的1.0wt％，且正极浆料面密度为180g/m²。

实施例4

按照实施例1中的方法制得正极极片，组装成电池进行测试。不同之处在于，LiPO₂F₂添加剂的量为正极活性物质的1.0wt％，且正极浆料面密度为190g/m²。

实施例5

按照实施例1中的方法制得正极极片，组装成电池进行测试。不同之处在于，LiPO₂F₂添加剂的量为正极活性物质的1.5wt％，且正极浆料面密度为180g/m²。

实施例6

按照实施例1中的方法制得正极极片，组装成电池进行测试。不同之处在于，LiPO₂F₂添加剂的量为正极活性物质的1.5wt％，且正极浆料面密度为190g/m²。

实施例7

按照实施例1中的方法制得正极极片，组装成电池进行测试。不同之处在于，LiPO₂F₂添加剂的量为正极活性物质的1.5wt％，且正极浆料面密度为200g/m²。

对比例1

按照实施例1的方法制作正极极片，组装成电池进行测试不同之处在于，所述LiPO₂F₂添加剂的量为正极活性物质的0.0wt％，并且面密度为170g/m²。

对比例2

按照实施例1的方法制作正极极片，组装成电池进行测试不同之处在于，所述LiPO₂F₂添加剂的量为正极活性物质的0.3wt％，并且面密度为170g/m²。

对比例3

按照实施例1的方法制作正极极片，组装成电池进行测试不同之处在于，所述LiPO₂F₂添加剂的量为正极活性物质的2.0wt％，且正极浆料面密度为200g/m²。

将实施例1-7以及对比例1-3制备的电池进行如下测试：

1、循环性能测试：

将电池在25℃下进行充放电循环300周测试，其中第300周的放电容量除以第1周的放电容量，得到循环容量保持率。充放电工步如下：

充电：2C恒流恒压充电至上限截止电压，截止电流为0.05C；

放电：2C恒流放电至下限截止电压。

通过上述循环性能测试方式测得的结果如表1所示。

表1循环测试结果

表1中，A为正极活性物质质量百分比，B为LiPO₂F₂添加剂质量百分比；C为正极涂覆面密度，单位g/m²。从表1数据可以看出，在1.0≤(A+100B)/C≤1.5范围内，电池的2C充放电循环容量保持率有显著的提高。

2、充电时间测试：

1)、在25℃条件下，0.5C恒流恒压充电至上限截止电压，截止电流为0.05C；静置2H；0.5C放电至下限截止电压。循环3次，取最高放电容量记录为Q0；

2)、在25℃条件下，3.0C恒流恒压充电至上限截止电压，截止电流为0.05C。记录充电时间为20min时的容量Q1；

3)、计算Q1/Q0*100％的比值，观察其是否≥80％。

通过上述充电时间测试方式测得的结果如表2所示。

表2充电时间测试结果

从1数据可以看出，在1.0≤(A+100B)/C≤1.5范围内，电池的3C快充能力有显著的提高。

3、25℃，50％SOC条件下的放电直流内阻(D)测试：

1)、在25℃下，使用0.33C恒流恒压充电至上限截止电压，截止电流为0.05C，静置10min，0.33C恒流放电至下限截止电压，记录初始放电容量为C0；

2)、在25℃条件下，使用0.33C恒流恒压充电至上限截止电压，截止电流为0.05C，静置10min，在25℃条件下，使用1C0恒流放电30min，调节容量为50％C0。

3)、在25℃下，使用3C恒流放电10s，记录放电初始电压U1和放电末端电压U2，由此计算直流内阻(DCIR)，计算方法如下：DCIR＝(U1-U2)/3C。

通过上述放电直流内阻测试方式测得的结果如表3所示。

表3直流内阻的测试结果

从表3数据可以看出，在1.0≤(A+100B)/C≤1.5范围内，电池的直流内阻有明显的降低。

综上所述，本发明通过将正极浆料按照涂覆面密度为C涂覆在集流体上来制备正极极片，所述正极浆料包括质量百分比为A wt％的正极活性物质，质量百分比为B wt％的LiPO₂F₂添加剂，导电剂和粘结剂；当A，B，C满足1≤(A+100*B)/C≤1.5时，LiPO₂F₂添加剂改善正极成膜的致密性和导电性效果最好，能有效的降低正极界面阻抗，减小电池的直流内阻，从而减小电池充放电时的极化作用，提高电池的快速充电性能。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种正极极片的制备方法，其特征在于，包括步骤：

将正极活性物质、导电剂和粘结剂加入有机溶剂中，在搅拌过程中加入LiPO₂F₂添加剂，制得正极浆料，其中，正极活性物质的质量百分比为A wt%，LiPO₂F₂添加剂的质量百分比为Bwt%；

将所述正极浆料涂覆在集流体上，待所述正极浆料干燥后经辊压，模切工序，制得所述正极极片，所述正极浆料的涂覆面密度为C g/m²，且A，B，C满足1≤（A+100*B）/C≤1.5；

其中，所述正极活性物质为LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂、LiCoO₂、LiNiO₂、LiMnO₂和LiNi_0.5Mn_1.5O₄中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述正极极片的制备方法，其特征在于，所述导电剂为导电炭黑，导电石墨，碳纳米管，碳纤维和石墨烯中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述正极极片的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为聚偏二氟乙烯，聚四氟乙烯，聚乙烯醇，羧甲基纤维素和聚烯烃中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述正极极片的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为NMP、DMF和环己烷中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述正极极片的制备方法，其特征在于，所述正极活性物质的质量百分比A为96.1wt%-96.7wt%；所述LiPO₂F₂添加剂的质量百分比B为0.8wt%-1.5wt%。

6.根据权利要求5所述正极极片的制备方法，其特征在于，所述正极浆料的涂覆面密度C=170-200。

7.一种正极极片，其特征在于，采用权利要求1-6任一所述正极极片的制备方法制得。

8.一种正极极片的应用，其特征在于，将权利要求7所述的正极极片用于制备快充电池。