CN115566164A - 锂电池正负极包覆方法及正极材料、负极材料和锂电池 - Google Patents

锂电池正负极包覆方法及正极材料、负极材料和锂电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂电池正负极材料包覆方法，包括如下步骤，S1.将勃姆石与锂盐混合，然后进行高速粉碎处理将其活化，得到包覆混合物；S2.将预烧好的正极材料或负极材料和包覆混合物均匀混合，得到混合粉体；S3.将混合粉体在750～850℃的温度下烧制4～8h，冷却后得到包覆后的正极材料或负极材料。本发明公开了一种正极材料和负极材料，采用本发明公开的锂电池正负极包覆方法制备得到，本发明公开的一种锂电池，其正极和负极均由本发明公开的正极材料和负极材料制备得到，其具有较高的综合性能，满足高、抵温环境下的使用需求。

Description

锂电池正负极包覆方法及正极材料、负极材料和锂电池
技术领域
本发明属于锂离子电池材料领域，具体涉及锂电池正负极包覆方法及正极材料、负极材料和锂电池。
背景技术
锂离子电池具有能量密度高、长循环寿命等优点，除了在便携式电子设备方面的应用，锂离子电池在动力及储能等方面的应用也越来越广泛，按照现有技术方案，遇到了一些实际瓶颈，比如在环境适应性方面，目前市面上大部分锂离子电池放电环境为-20℃至+60℃，相关方通过个别材料的改性或优化能满足-40℃环境下较高效率的放电，但会出现在高温环境下，或者循环寿命下，亦或是安全指标下存在明显短板，综合性能较差。有相关方采用氢氧化铝进行正极粉体包覆来进一步改善电化学性能，但是氢氧化铝还存在硬度大、成本高，容易造成对设备磨损严重等相关问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种锂电池正负极包覆方法及正极材料、负极材料和锂电池，利用勃姆石对正负极材料进行包覆，提高正负极材料的电化学性能，从而提高锂电池的综合性能，使其具有较高的综合质量特性(含循环寿命、荷电保持能力、过充电保护、针刺等)。
本发明的实施例通过以下技术方案实现：
一种锂电池正负极材料包覆方法，包括以下步骤：
S1.将勃姆石与锂盐混合，然后进行高速粉碎处理将其活化，得到包覆混合物；
S2.将预烧好的正极材料或负极材料和包覆混合物均匀混合，得到混合粉体；
S3.将混合粉体在750～850℃的温度下烧制4～8h，冷却后得到包覆后的正极材料或负极材料。
在所述步骤S1前还包括以下步骤：
S0.将包覆物勃姆石进行预处理，使其粒度粒度分布D50为100nm～1um。
在所述步骤S1中，所述勃姆石与锂盐的重量比为(3～5):1。
在所述步骤S2中，正极或负极材料与包覆混合物的重量比为(80～100)：1。
在所述步骤S3中，正极材料或负极材料包覆厚度为0.7um-2um。
所述锂盐选自碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂或醋酸锂中的一种或至少两种的组合。
在所述步骤S2中，正极材料为钴酸锂、三元、磷酸铁锂中的一种；负极材料为石墨、硅碳中的一种。
一种正极材料，采用锂电池正负极包覆方法制备得到。
一种负极材料，采用锂电池正负极包覆方法制备得到。
一种锂电池，包括锂电池正负极包覆方法制备的正极材料和负极材料。
本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
本发明提供的一种锂电池正负极材料包覆方法，采用勃姆石(Y-AlOOH)与锂盐(Li+)对正负极材料进行了包覆，通过包覆后的正极材料和负极材料制成的锂电池在低温放电，高温储存，安全性，首次可逆容量，过充电，循环寿命等方面均有明显的性能提升，同时具备优异的性价比优势，便于大规模产业应用。
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范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明提供的锂电池正负极材料包覆方法的流程图；
图2是本发明电池组高温容量测试结果；
图3是本发明电池组低温容量测试结果。
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，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“配置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参照图1，一种锂电池正负极材料包覆方法，包括以下步骤：
S0.将包覆物勃姆石(Y-AlOOH)进行预处理，使其粒度粒度分布D50为100nm～1um；
S1.将勃姆石(Y-AlOOH)与锂盐(Li+)按照重量比为(3～5):1进行混合，然后进行高速粉碎处理将其活化，得到包覆混合物；
S2.将预烧好的正极材料或负极材料和包覆混合物按照重量比为(80～100)：1均匀混合，得到混合粉体；
S3.将混合粉体在750～850℃的温度下烧制4～8h，冷却后得到包覆后的正极材料或负极材料，正极材料或负极材料包覆厚度为0.7um-2um。
所述锂盐(Li+)选自碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂或醋酸锂中的一种或至少两种的组合。
在所述步骤S2中，正极材料为钴酸锂、三元、磷酸铁锂中的一种；负极材料为石墨、硅碳中的一种。
实施例1
制备正极材料：
取包覆物勃姆石(Y-AlOOH)进行预处理，使其粒度粒度分布D50为100，然后将勃姆石(Y-AlOOH)与锂盐(Li+)按照重量比为3:1进行混合，再进行高速粉碎处理将其活化，得到包覆混合物；将预烧好的正极材料钴酸锂与包覆混合物按照重量比为80：1均匀混合，得到混合粉体；将混合粉体在750℃的温度下烧制4h，冷却后得到包覆后的正极材料，测得正极材料的包覆厚度为0.7um。
制备负极材料：
取包覆物勃姆石(Y-AlOOH)进行预处理，使其粒度粒度分布D50为100，然后将勃姆石(Y-AlOOH)与锂盐(Li+)按照重量比为3:1进行混合，再进行高速粉碎处理将其活化，得到包覆混合物；将预烧好的负极材料石墨与包覆混合物按照重量比为80：1均匀混合，得到混合粉体；将混合粉体在750℃的温度下烧制4h，冷却后得到包覆后的正极材料，测得正极材料的包覆厚度为0.7um。
制备锂电池：
正极制作过程是将制备得到的正极材料与导电剂、粘结剂混合得到浆料，然后将浆料涂覆在铝箔上得到，负极则是将将制备得到的负极材料和粘结剂混合得到浆料后涂覆在铜箔上得到。将正负极片和隔膜按卷绕的方式制备得到电芯，然后将电芯装入电池壳，烘烤，注入电解液，焊接密封，再经过化成、老化得到电池。
实施例2
制备正极材料：
取包覆物勃姆石(Y-AlOOH)进行预处理，使其粒度粒度分布D50为100，然后将勃姆石(Y-AlOOH)与锂盐(Li+)按照重量比为4:1进行混合，再进行高速粉碎处理将其活化，得到包覆混合物；将预烧好的正极材料钴酸锂与包覆混合物按照重量比为80：1均匀混合，得到混合粉体；将混合粉体在750℃的温度下烧制4h，冷却后得到包覆后的正极材料，测得正极材料的包覆厚度为0.8um。
制备负极材料：
取包覆物勃姆石(Y-AlOOH)进行预处理，使其粒度粒度分布D50为100，然后将勃姆石(Y-AlOOH)与锂盐(Li+)按照重量比为4:1进行混合，再进行高速粉碎处理将其活化，得到包覆混合物；将预烧好的负极材料石墨与包覆混合物按照重量比为80：1均匀混合，得到混合粉体；将混合粉体在750℃的温度下烧制4h，冷却后得到包覆后的正极材料，测得正极材料的包覆厚度为0.7um。
制备锂电池：
正极制作过程是将制备得到的正极材料与导电剂、粘结剂混合得到浆料，然后将浆料涂覆在铝箔上得到，负极则是将将制备得到的负极材料和粘结剂混合得到浆料后涂覆在铜箔上得到。将正负极片和隔膜按卷绕的方式制备得到电芯，然后将电芯装入电池壳，烘烤，注入电解液，焊接密封，再经过化成、老化得到电池。
实施例3
制备正极材料：
取包覆物勃姆石(Y-AlOOH)进行预处理，使其粒度粒度分布D50为100，然后将勃姆石(Y-AlOOH)与锂盐(Li+)按照重量比为5:1进行混合，再进行高速粉碎处理将其活化，得到包覆混合物；将预烧好的正极材料钴酸锂与包覆混合物按照重量比为80：1均匀混合，得到混合粉体；将混合粉体在750℃的温度下烧制4h，冷却后得到包覆后的正极材料，测得正极材料的包覆厚度为0.8um。
制备负极材料：
取包覆物勃姆石(Y-AlOOH)进行预处理，使其粒度粒度分布D50为100，然后将勃姆石(Y-AlOOH)与锂盐(Li+)按照重量比为5:1进行混合，再进行高速粉碎处理将其活化，得到包覆混合物；将预烧好的负极材料石墨与包覆混合物按照重量比为80：1均匀混合，得到混合粉体；将混合粉体在750℃的温度下烧制4h，冷却后得到包覆后的正极材料，测得正极材料的包覆厚度为0.8um。
制备锂电池：
正极制作过程是将制备得到的正极材料与导电剂、粘结剂混合得到浆料，然后将浆料涂覆在铝箔上得到，负极则是将将制备得到的负极材料和粘结剂混合得到浆料后涂覆在铜箔上得到。将正负极片和隔膜按卷绕的方式制备得到电芯，然后将电芯装入电池壳，烘烤，注入电解液，焊接密封，再经过化成、老化得到电池。
实施例4
制备正极材料：
取包覆物勃姆石(Y-AlOOH)进行预处理，使其粒度粒度分布D50为100，然后将勃姆石(Y-AlOOH)与锂盐(Li+)按照重量比为4:1进行混合，再进行高速粉碎处理将其活化，得到包覆混合物；将预烧好的正极材料钴酸锂与包覆混合物按照重量比为90：1均匀混合，得到混合粉体；将混合粉体在750℃的温度下烧制4h，冷却后得到包覆后的正极材料，测得正极材料的包覆厚度为860nm。
制备负极材料：
取包覆物勃姆石(Y-AlOOH)进行预处理，使其粒度粒度分布D50为100，然后将勃姆石(Y-AlOOH)与锂盐(Li+)按照重量比为4:1进行混合，再进行高速粉碎处理将其活化，得到包覆混合物；将预烧好的负极材料石墨与包覆混合物按照重量比为90：1均匀混合，得到混合粉体；将混合粉体在750℃的温度下烧制4h，冷却后得到包覆后的正极材料，测得正极材料的包覆厚度为915nm。
制备锂电池：
正极制作过程是将制备得到的正极材料与导电剂、粘结剂混合得到浆料，然后将浆料涂覆在铝箔上得到，负极则是将将制备得到的负极材料和粘结剂混合得到浆料后涂覆在铜箔上得到。将正负极片和隔膜按卷绕的方式制备得到电芯，然后将电芯装入电池壳，烘烤，注入电解液，焊接密封，再经过化成、老化得到电池。
实施例5
制备正极材料：
取包覆物勃姆石(Y-AlOOH)进行预处理，使其粒度粒度分布D50为100，然后将勃姆石(Y-AlOOH)与锂盐(Li+)按照重量比为4:1进行混合，再进行高速粉碎处理将其活化，得到包覆混合物；将预烧好的正极材料钴酸锂与包覆混合物按照重量比为100：1均匀混合，得到混合粉体；将混合粉体在850℃的温度下烧制8h，冷却后得到包覆后的正极材料，测得正极材料的包覆厚度为1100nm。
制备负极材料：
取包覆物勃姆石(Y-AlOOH)进行预处理，使其粒度粒度分布D50为100，然后将勃姆石(Y-AlOOH)与锂盐(Li+)按照重量比为4:1进行混合，再进行高速粉碎处理将其活化，得到包覆混合物；将预烧好的负极材料石墨与包覆混合物按照重量比为100：1均匀混合，得到混合粉体；将混合粉体在850℃的温度下烧制8h，冷却后得到包覆后的正极材料，测得正极材料的包覆厚度为1005nm。
制备锂电池：
正极制作过程是将制备得到的正极材料与导电剂、粘结剂混合得到浆料，然后将浆料涂覆在铝箔上得到，负极则是将将制备得到的负极材料和粘结剂混合得到浆料后涂覆在铜箔上得到。将正负极片和隔膜按卷绕的方式制备得到电芯，然后将电芯装入电池壳，烘烤，注入电解液，焊接密封，再经过化成、老化得到电池。
如图2和图3所示，本发明对实施例1至实施例5制得的锂电池的高温容量、低温容量进行测试，测试结果均为合格。
并用如下方法测试电池的安全性，本发明的实施例1-5均通过以下测试：
外部短路：在20±5℃和55±5℃条件下满电保持8h，用电阻值小于50mΩ的导线将电芯的正负极短路，保持24h。电池应不起火、不爆燃、不爆炸。
过充电：完全放电态电芯，在20±5℃条件下，将电芯正负极连接于恒流恒压源上，调节电流至1C5A，充电至充电截止电压的1.2倍，然后转为恒压充电，总充电时间达到7h结束。电池应不起火、不爆燃、不爆炸。
过放电：完全满荷电态电芯，在20±5℃条件下，电芯以1C5A恒流放电7h。电池应不起火、不爆燃、不爆炸。
热滥用：将充满电的电芯放入烘箱，以5±2℃/min的速率升至130℃±2℃保持30min后恢复常温环境保持6h。电池应不起火、不爆燃、不爆炸。
挤压：在20±5℃条件下，将满荷电态电芯置于两块铁板之间，并使电极面与铁板平行(正面和侧面两个方向)，以15mm/s的速度在铁板上施加13kN±0.78kN的压力后保持挤压状态6h。电池应不起火、不爆燃、不爆炸。
重物撞击：在20±5℃条件下，将满荷电态电芯，在电芯中央横放一根直径为15.8mm±0.2mm的钢棒，钢棒纵轴平行于平面(正面和侧面两个方向)，使一个9.1kg±0.1kg的重物从610mm±25mm的高度自由落到电芯中心上方的钢棒上，持续观察6h。电池应不起火、不爆燃、不爆炸。
针刺：在20±5℃条件下，将满荷电态电芯，用直径为3～5mm的耐高温钢针以20-30mm/s的速度垂直穿透电芯中心(正面和侧面两个方向)(钢针停留在电芯中90Min),穿刺后继续观察6h。电池应不起火、不爆燃、不爆炸。
还用如下方法测试电池的环境适应性能，本发明的实施例1-5均通过以下测试：
温度冲击:电芯标准充电后在-55℃±2℃和+70℃±2℃环境各保持4h，转换时间20S-60S，循环10次，用0.2C5A放电至截止电压2.5V。电池放电容量>90％。
恒定湿热：电芯标准充电后在在30-60℃，相对湿度95±2％环境中放置24h，循环10次，用0.2C5A放电至截止电压2.5V，记录电芯放电时间。电池放电容量>90％。
上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂电池正负极材料包覆方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将勃姆石与锂盐混合，然后进行高速粉碎处理将其活化，得到包覆混合物；
S2.将预烧好的正极材料或负极材料和包覆混合物均匀混合，得到混合粉体；
S3.将混合粉体在750～850℃的温度下烧制4～8h，冷却后得到包覆后的正极材料或负极材料。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池正负极包覆方法，其特征在于，在所述步骤S1前还包括以下步骤：
S0.将包覆物勃姆石进行预处理，使其粒度粒度分布D50为100nm～1um。
3.根据权利要求2所述的一种锂电池正负极包覆方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述勃姆石与锂盐的重量比为(3～5):1。
4.根据权利要求3所述的一种锂电池正负极包覆方法，其特征在于，在所述步骤S2中，正极或负极材料与包覆混合物的重量比为(80～100)：1。
5.根据权利要求4所述的一种锂电池正负极包覆方法，其特征在于，在所述步骤S3中，正极材料或负极材料包覆厚度为0.7um-2um。
6.根据权利要求1所述的一种锂电池正负极包覆方法，其特征在于，所述锂盐选自碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂或醋酸锂中的一种或至少两种的组合。
7.根据权利要求1所述的一种锂电池正负极包覆方法，其特征在于，在所述步骤S2中，正极材料为钴酸锂、三元、磷酸铁锂中的一种；负极材料为石墨、硅碳中的一种。
8.一种正极材料，其特征在于，采用权利要求1至7任一项所述的锂电池正负极包覆方法制备得到。
9.一种负极材料，其特征在于，采用权利要求1至7任一项所述的锂电池正负极包覆方法制备得到。
10.一种锂电池，其特征在于，包括1至7任一项所述的锂电池正负极包覆方法制备的正极材料和负极材料。
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