CN115832224A - 正极片及其制备方法、电极组件、储能设备及用电设备 - Google Patents
正极片及其制备方法、电极组件、储能设备及用电设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115832224A CN115832224A CN202310014851.0A CN202310014851A CN115832224A CN 115832224 A CN115832224 A CN 115832224A CN 202310014851 A CN202310014851 A CN 202310014851A CN 115832224 A CN115832224 A CN 115832224A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lithium
- manganese
- positive electrode
- particles
- based material
- 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.)
- Granted
Links
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 146
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 102
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims abstract description 71
- DVATZODUVBMYHN-UHFFFAOYSA-K lithium;iron(2+);manganese(2+);phosphate Chemical compound [Li+].[Mn+2].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O DVATZODUVBMYHN-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 69
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 66
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 66
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 65
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 62
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 21
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 15
- 239000011267 electrode slurry Substances 0.000 claims description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 11
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 claims description 10
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 7
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 7
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 7
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 5
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 5
- KLARSDUHONHPRF-UHFFFAOYSA-N [Li].[Mn] Chemical compound [Li].[Mn] KLARSDUHONHPRF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910015645 LiMn Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910013716 LiNi Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 3
- 229910001170 xLi2MnO3-(1−x)LiMO2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 20
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 abstract description 20
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 12
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 11
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 4
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 4
- -1 lithium hexafluorophosphate Chemical compound 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 3
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910013733 LiCo Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N acetic acid;2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal;sodium Chemical compound [Na].CC(O)=O.OCC(O)C(O)C(O)C(O)C=O DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001467 acupuncture Methods 0.000 description 2
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000000635 electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 2
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- 235000019812 sodium carboxymethyl cellulose Nutrition 0.000 description 2
- 229920001027 sodium carboxymethylcellulose Polymers 0.000 description 2
- 229910013705 LiNi 1-x Mn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012752 LiNi0.5Mn0.5O2 Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- DOCYQLFVSIEPAG-UHFFFAOYSA-N [Mn].[Fe].[Li] Chemical compound [Mn].[Fe].[Li] DOCYQLFVSIEPAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000000921 elemental analysis Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000010907 mechanical stirring Methods 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
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
本申请公开了正极片及其制备方法、电极组件、储能设备及用电设备。其中，所述正极片包括集流体和涂覆在集流体表面的活性材料，活性材料按照质量百分比包括如下组分：磷酸锰铁锂60％‑70％、三元材料15％‑35％，以及与富锂锰基材料5％‑20％；其中，磷酸锰铁锂颗粒的平均粒径小于富锂锰基材料颗粒的平均粒径，磷酸锰铁锂颗粒的平均粒径小于三元材料颗粒的平均粒径，且磷酸锰铁锂颗粒紧紧包覆富锂锰基材料的颗粒表面和三元材料的颗粒表面，并且磷酸锰铁锂颗粒还填充在富锂锰基材料颗粒和三元材料颗粒的间隙中。本申请的正极片在磷酸锰铁锂掺杂三元材料的基础之上，通过添加富锂锰基材料部分替代三元材料，有利于锂离子电池具有更高的容量性能，同时提高电池的安全性能。
Description
技术领域
本发明一般涉及新能源领域，具体涉及一种正极片及其制备方法、电极组件、储能设备及用电设备。
背景技术
三元正极材料凭借比容量高的优势，被认为是极具应用前景的锂离子电池正极材料，三元材料与磷酸锰铁锂混合使用，能够可靠提高磷酸锰铁锂电池的比容量，但是三元材料仍然存在体积密度较低、成本稍高、安全性稍差，以上缺点不但会限制锂离子电池的性能，还会提高锂离子电池的生产成本。富锂锰基材料的克容量约250～300mAh/g，超过三元材料的180～230mAh/g，而且还具有放电电压高、能量密度高、成本低、安全性高、循环寿命长等优点，被认为是极具应用前景的锂离子动力电池正极材料。因此，如何保证电池高比容量的同时，提高锂离子电池的安全性能是急需解决的。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种正极片及其制备方法、电极组件、储能设备及用电设备。
第一方面，本发明提供一种正极片，包括集流体和涂覆在集流体表面的活性材料，活性材料按照质量百分比包括如下组分：磷酸锰铁锂60％-70％、三元材料15％-35％，以及与富锂锰基材料5％-20％；其中，磷酸锰铁锂颗粒的平均粒径小于富锂锰基材料颗粒的平均粒径，磷酸锰铁锂颗粒的平均粒径小于三元材料颗粒的平均粒径，且磷酸锰铁锂颗粒紧紧包覆富锂锰基材料的颗粒表面和三元材料的颗粒表面，并且磷酸锰铁锂颗粒还填充在富锂锰基材料颗粒和三元材料颗粒的间隙中。
作为优选的方案，磷酸锰铁锂65％-70％、三元材料20％-35％，以及与富锂锰基材料5％-15％。
作为优选的方案，磷酸锰铁锂的D50粒径为0.5um-0.8um、三元材料的D50粒径为3.5um-4um，富锂锰基材料的D50粒径为7um-9um。
作为优选的方案，磷酸锰铁锂的化学式为LiMnxFe1-xPO4，其中，0<x<1；三元材料的化学式为LiNixMnyCozO2，其中，x+y+z＝1；富锂锰基材料的化学式为xLi2MnO3(1-x)LiMO2，其中，0<x<1，M＝Ni或Mn。
作为优选的方案，还包括正极导电剂，正极导电剂选自碳纳米管、石墨烯和导电碳黑中的一种。
第二方面，本申请提供一种第一方面的正极片的制备方法，包括如下步骤：
将磷酸锰铁锂、三元材料、富锂锰基材料按照质量比置于搅拌罐中，搅拌混合2h-4h得到活性材料；
将活性材料、正极导电剂、粘结剂按照质量比95％:2％:3％与溶剂NMP进行搅拌合浆，得到正极浆料，然后在铝箔上涂布烘干，辊压、分切，制作得到正极片。
第三方面，本申请提供一种电极组件，包括第一方面的正极片。
第四方面，本申请提供一种储能设备，包括第一方面的正极片或第三方面的电极组件。
第五方面，本申请提供一种用电设备，用电设备包括第四方面的储能设备，储能设备为用电设备供电。
本发明提供的正极片，在磷酸锰铁锂掺杂三元材料的基础之上，通过添加富锂锰基材料部分替代三元材料，克服了电池安全性差的问题。富锂锰基材料具有较高的克容量，安全性高，循环稳定性好，较好的倍率性能，首次库伦效率高的优点，通过与磷酸锰铁锂掺杂三元材料共掺杂形成正极材料，有利于锂离子电池具有更高的容量性能，同时提高电池的安全性能。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的实施例1的正极片的横截面2千倍电镜照片；
图2为本发明的实施例1的正极片的横截面5千倍电镜照片。
具体实施方式
下面结合实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考实施例来详细说明本申请。
第一方面，本发明的实施例提供一种正极片，包括集流体和涂覆在集流体表面的活性材料，活性材料按照质量百分比包括如下组分：磷酸锰铁锂60％-70％、三元材料15％-35％，以及与富锂锰基材料5％-20％；其中，磷酸锰铁锂颗粒的平均粒径小于富锂锰基材料颗粒的平均粒径，磷酸锰铁锂颗粒的平均粒径小于三元材料颗粒的平均粒径，且磷酸锰铁锂颗粒紧紧包覆富锂锰基材料的颗粒表面和三元材料的颗粒表面，并且磷酸锰铁锂颗粒还填充在富锂锰基材料颗粒和三元材料颗粒的间隙中。
可以理解的是，磷酸锰铁锂作为一类物质，具体可以是现有任意一种结构式的磷酸锰铁锂，例如可以是LiMnxFe1-xPO4、LiFexMn1-xPO4，其中，0<x<1；三元材料作为一类物质，具体可以是现有任意一种结构式的三元材料，例如可以是LiCoxMnyNizO2、LiNixMnyCozO2，其中，x+y+z＝1；富锂锰基材料作为一类物质，具体可以是现有任意一种结构式的富锂锰基材料，例如可以是xLi2MnO3(1-x)LiNi0.5Mn0.5O2、Li2MnO3LiNi1-xMnxO2，其中，0<x<1，本申请实施例对上述三类物质的具体结构不做限定。
还可以理解的是，磷酸锰铁锂的质量百分比可以是该范围内的任意值，例如60％、62％、64％、66％、68％或70％等；三元材料的质量百分比可以是该范围内的任意值，例如15％、17％、19％、25％、30％、32％或35％等；富锂锰基材料可以是该范围内的任意值，例如5％、7％、9％、11％、15％、17％或20％等。本申请实施例的公开的磷酸锰铁锂、三元材料和富锂锰基材料的质量百分比有利于电池具有更高的容量性能基础上，也可安全性高，循环稳定好。
本申请实施例的正极片，其活性材料中磷酸锰铁锂的倍率性能好，但能量密度不高，三元材料的比容量高，但是其热稳定性和安全性不好，富锂锰基材料的克容量高于三元材料，而且其经改性后的晶体结构稳定性高于三元材料的，具有良好的安全性能，因此，本申请实施例的正极片在磷酸锰铁锂掺杂三元材料的基础上，通过添加富锂锰基材料替代部分三元材料，有利于锂离子电池具有更高的容量性能，同时提高电池的安全性能。
进一步地，磷酸锰铁锂65％-70％、三元材料20％-35％，以及与富锂锰基材料5％-15％。本实施方式公开的质量百分比范围有利于保证正极材料结构稳定，进而在电池具有更高的容量性能上，也提高电池的安全性。
在优选的实施例中，磷酸锰铁锂65％-68％、三元材料20％-30％，以及与富锂锰基材料10％-12％。本实施例的质量百分比范围进一步保证材料的结构稳定性好，从而保证电池具有较高的安全性，能够通过针刺实验。
在一些实施例中，磷酸锰铁锂的D50粒径为0.5um-0.8um、三元材料的D50粒径为3.5um-4um，富锂锰基材料的D50粒径为7um-9um。
需要说明的是，D50为粒度中值，就是中值粒径是一个样品的累计粒度分布百分数达到50％时所对应的粒径。D50常用来表示粉体的平均粒度。磷酸锰铁锂的平均粒径为0.5um-0.8um，例如可以是0.5um、0.6um、0.7um或0.8um等；三元材料的D50粒径为3.5um-4um，例如可以是3.5um、3.6um、3.7um、3.8um、3.9um或4.0um富锂锰基材料的D50粒径为7um-9um，例如可以是7um、7.5um、8um、8.5um或9um等。
将制备好的正极片切割后，对其横截面拍摄电镜照片，如图1和2所示，图中A代表富锂锰基材料颗粒、B代表三元材料颗粒、C代表磷酸锰铁锂颗粒，从图中可看出：小尺寸的磷酸锰铁锂颗粒紧紧包在大尺寸的富锂锰基和三元材料的颗粒表面，并填充颗粒间隙。通过三种材料的粒径大小搭配，有利于提高后期制备正极片的压实密度，因为磷酸锰铁锂颗粒的粒径较小，具有很好的缓冲作用，在相同的重量压力下，正极片的厚度可以被压的更薄，从而缩短锂离子扩散到电解液中的路径，提高材料电化学性能。
进一步地，磷酸锰铁锂的化学式为LiMnxFe1-xPO4，其中，0<x<1；三元材料的化学式为LiCoxMnyNizO2，其中，x+y+z＝1；富锂锰基材料的化学式为xLi2MnO3(1-x)LiMO2，其中，0<x<1，M＝Ni或Mn。本实施方式公开的磷酸锰铁锂、三元材料和富锂锰基材料使得正极材料结构稳定，在提高电池的容量性能时，同时提高电池的安全性能。
进一步地，正极还包括正极导电剂，正极导电剂选自碳纳米管、石墨烯和导电碳黑中的一种。其中，在优选的实施例中，正极到导电剂选用碳纳米管，有利于改善电池的正极性能。
综上所述，本申请实施例公开的正极材料，解决了现有正极材料热稳定性差，导致电池安全性能低的问题。本申请实施例通过在磷酸锰铁锂掺杂三元材料的基础之上，通过添加富锂锰基材料部分替代三元材料，克服了电池安全性能的问题，从而在提高电池的容量性能时，同时提高电池的安全性能。
第二方面，本申请实施例提供一种第一方面的正极的制备方法，具体包括如下步骤：
S1、将磷酸锰铁锂、三元材料、富锂锰基材料按照质量比置于搅拌罐中，搅拌混合2h-4h得到活性材料。其中，搅拌混合的方式可以是机械搅拌，例如球磨的方式，当然还可以震荡的方式，本申请实施例对此不做具体限定。本申请实施例通过搅拌混合的方式，操作简单，且能够使得三种颗粒混合均匀；
S2、将活性材料、正极导电剂、粘结剂按照质量比95％:2％:3％与溶剂NMP进行搅拌合浆，得到正极浆料，然后在铝箔上涂布烘干，辊压、分切，制作得到正极片；
其中，正极导电剂可以是导电碳黑，还可以是碳纳米管或石墨烯等；铝箔厚度为10um-20um，例如可以是10um、12um、15um、17um或20um等。
示例地，在具体实施例中，锂离子电池的制备方法如下：
S1、将磷酸锰铁锂、三元材料、富锂锰基材料按照质量比65％：25％：10％置于搅拌罐中，搅拌混合2h得到正极材料；
S2、将正极材料、导电炭黑、聚偏氟乙烯按照质量比95％:2％:3％与溶剂NMP进行搅拌合浆，得到均匀的正极浆料，然后在15um厚的铝箔上涂布正极浆料，并放入真空烘箱中，在150℃下烘干10h后，放入压力机中进行压制，采用打孔器分切成Φ15mm的正极圆片，得到正极片；
制备负极片：
S3、将人造石墨、导电炭黑以及羧甲基纤维素钠按照质量比95％:2.5％:2.5％混合，并加入水搅拌5h后得到负极浆料，然后将浆料涂布在10um厚的铜箔上，并放入真空烘箱中，在150℃下烘干10h后，放入压力机中进行压制，采用打孔器分切成Φ18mm的负极圆片，得到负极片；
制备电池
将正极片、负极片放入充满氩气保护气氛的手套箱中进行电池组装，其中使用1mol/L六氟磷酸锂溶于摩尔比为1：1的碳酸亚乙酯与碳酸二乙酯中的混合溶剂中所得的溶液作为电解液；将正极片、负极片、聚乙烯隔膜及其它组件一起组装，注入电解液，最后制得扣式锂离子电池。
第三方面，本发明实施例提供一种电极组件，包括第一方面的正极片。由此，该电极组件具备前面所述的正极片所具备的全部特征以及优点，在此不再赘述。
第四方面，本申请实施例提供一种储能设备，包括第一方面的正极片或第三方面的电极组件。由此，该储能设备具备前面所述的正极片所具备的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该储能设备具有较高的容量性能和安全性能。
示例地，该储能设备可以是锂离子电池，该锂离子电池的负极材料可以是任意一种负极材料，例如硅基负极、金属锂负极，碳负极等，本申请实施例对此不做限定。
第五方面，本申请实施例提供一种用电设备，用电设备包括第四方面的储能设备，储能设备为用电设备供电。例如，上述用电设备可包括多个由前面所述的锂离子电池构成的电池组。该用电设备可以是照明灯具等，由此可知，该用电设备具备前面所述的正极片所具备的全部特征以及优点，在此不再赘述。
下面通过具体实施例对本发明进行说明，需要说明的是，下面的具体实施例仅仅是用于说明的目的，而不以任何方式限制本发明的范围，另外，如无特殊说明，未具体记载条件或者步骤的方法均为常规方法，所采用的试剂和材料均可从商业途径获得。
实施例1：
(1)正极片的制备：
将磷酸锰铁锂、三元材料、富锂锰基材料按照质量比60％：35％：5％置于搅拌罐中，机械搅拌混合2h得到正极材料；其中，磷酸锰铁锂的平均粒径为0.5um、三元材料的平均粒径为3.5um、富锂锰基材料的平均粒径为7um；
将正极材料、导电炭黑、聚偏氟乙烯按照质量比95％:2％:3％与溶剂NMP进行搅拌合浆，得到正极浆料，然后在15um厚铝箔上涂布正极浆料，并在真空烘箱中150℃烘干，辊压、分切，制作得到正极片；
对实施例1制备得到的正极片的横截面拍摄电镜照片，如图1和图2所示，并对图1中的颗粒进行元素分析(EDS)，如表1所示；根据表1的结果，可知正极片上分布有磷酸锰铁锂颗粒、三元材料颗粒以及富锂锰基材料颗粒，根据图1和图2可知，小尺寸的磷酸锰铁锂颗粒紧紧包在大尺寸的富锂锰基和三元材料的颗粒表面，并填充颗粒间隙。
表1EDS分析结果
(2)负极片的制备：
将人造石墨、导电炭黑以及羧甲基纤维素钠按照质量比95％:2.5％:2.5％搅拌得到负极浆料，然后将浆料涂布在10um厚的铜箔上并烘干，辊压，分切，制作得到负极片；
(3)锂离子电池的制备：
将正极片、负极片放入充满氩气保护气氛的手套箱中进行电池组装，其中使用1mol/L六氟磷酸锂溶于摩尔比为1：1的碳酸亚乙酯与碳酸二乙酯中的混合溶剂中所得的溶液作为电解液；将正极圆片、负极圆片、聚乙烯隔膜及其它组件一起组装，然后注入电解液，最后制得扣式锂离子电池。
实施例2
与上述实施例1不同的是，本实施例中磷酸锰铁锂、三元材料、富锂锰基材料的质量比为60％：30％：10％；
实施例3
与上述实施例1不同的是，本实施例中磷酸锰铁锂、三元材料、富锂锰基材料的质量比为60％：25％：15％；
实施例4
与上述实施例1不同的是，本实施例中磷酸锰铁锂、三元材料、富锂锰基材料的质量比为60％：20％：20％；
实施例5
与上述实施例1不同的是，本实施例中磷酸锰铁锂、三元材料、富锂锰基材料的质量比为65％：15％：20％；
实施例6
与上述实施例1不同的是，本实施例中磷酸锰铁锂、三元材料、富锂锰基材料的质量比为70％：15％：15％；
实施例7
与上述实施例1不同的是，本实施例中磷酸锰铁锂的平均粒径为0.7um、三元材料的平均粒径为3.8um、富锂锰基材料的平均粒径为8um；
实施例8
与上述实施例1不同的是，本实施例中磷酸锰铁锂的平均粒径为0.8um、三元材料的平均粒径为4um、富锂锰基材料的平均粒径为9um；
对比例1
与上述实施例1不同的是，本对比例中将磷酸锰铁锂、三元材料按照质量比65％：35％置于搅拌罐中，机械搅拌混合2h得到正极材料；
对比例2
与上述实施例1不同的是，本对比例中将磷酸锰铁锂、三元材料、富锂锰基材料的质量比为63％：35％：2％置于搅拌罐中，机械搅拌混合2h得到正极材料；
对比例3
与上述实施例1不同的是，本对比例中将磷酸锰铁锂、三元材料、富锂锰基材料的质量比为60％：10％：30％；
对比例4
与上述实施例1不同的是，本实施例中磷酸锰铁锂的平均粒径为0.3um、三元材料的平均粒径为2um、富锂锰基材料的平均粒径为5um；
对比例5
与上述实施例1不同的是，本实施例中磷酸锰铁锂的平均粒径为1um、三元材料的平均粒径为5um、富锂锰基材料的平均粒径为10um。
下面说明锂离子电池性能测试过程以及测试结果：
(1)电化学性能测试
①锂电池以0.5C恒电流充电至4.5V，然后以4.5V恒压充电至截止电流0.05C，然后以0.5C恒流放电至2.5V，此放电过程的克容量为0.5C放电克容量；
②锂电池以1C恒电流充电至4.5V，然后以4.5V恒压充电至截止电流0.05C，然后以1C恒流放电至2.5V，此放电过程的克容量为1C放电克容量；
(2)100％SOC针刺实验
将锂电池充满电，即SOC为100％，常温环境下利用直径3mm钢针以10mm/s从电池中心穿透电池，停留1min并观察其起火情况。
实施例1-8以及对比例1-5的锂离子电池按照上述过程和方法测试的结果如表2所示：
表2实施例1-8以及对比例1-5的测试结果
根据表2示出的结果：
相比于对比例1-3，实施例1-4的锂离子电池通过添加富锂锰基材料部分替代三元材料，可以使电池具有更高的容量性能，同时也提高电池的安全性能。随着富锂锰基材料替代三元的比例上升，电池容量性能逐渐提升，但到一定值时，容量反而下降，因此优选富锂锰基的质量分数为5～20％，相对应的优选三元材料的质量分数为15～35％；实施例5-6，因为磷酸锰铁锂的理论克容量较低，提高其占比会导致容量变小，因此占比不宜过大，优选其质量分数为60～70％；
相比于对比例4-5，实施例7-8中通过三种材料的粒径大小搭配，合适的粒径分布，使锂离子电池表现出更高的容量性能，因此三者平均粒径不宜过大或过小，优选磷酸锰铁锂的D50粒径为0.5um-0.8um、所述三元材料的D50粒径为3.5um-4um，所述富锂锰基材料的D50粒径为7um-9um。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (9)
1.正极片，其特征在于，包括集流体和涂覆在所述集流体表面的活性材料，所述活性材料按照质量百分比包括如下组分：磷酸锰铁锂60％-70％、三元材料15％-35％，以及与富锂锰基材料5％-20％；其中，所述磷酸锰铁锂颗粒的平均粒径小于所述富锂锰基材料颗粒的平均粒径，所述磷酸锰铁锂颗粒的平均粒径小于所述三元材料颗粒的平均粒径，且所述磷酸锰铁锂颗粒紧紧包覆所述富锂锰基材料的颗粒表面和所述三元材料的颗粒表面，并且所述磷酸锰铁锂颗粒还填充在所述富锂锰基材料颗粒和所述三元材料颗粒的间隙中。
2.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述磷酸锰铁锂65％-70％、所述三元材料20％-35％，以及与所述富锂锰基材料5％-15％。
3.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述磷酸锰铁锂的D50粒径为0.5um-0.8um、所述三元材料的D50粒径为3.5um-4um，所述富锂锰基材料的D50粒径为7um-9um。
4.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述磷酸锰铁锂的化学式为LiMnxFe1- xPO4，其中，0<x<1；所述三元材料的化学式为LiNixMnyCozO2，其中，x+y+z＝1；所述富锂锰基材料的化学式为xLi2MnO3(1-x)LiMO2，其中，0<x<1，M＝Ni或Mn。
5.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，还包括正极导电剂，所述正极导电剂选自碳纳米管、石墨烯和导电碳黑中的一种。
6.一种权利要求1-5任一项所述的正极片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将所述磷酸锰铁锂、所述三元材料、所述富锂锰基材料按照所述质量比置于搅拌罐中，搅拌混合2h-4h得到活性材料；
将所述活性材料、正极导电剂、粘结剂按照质量比95％:2％:3％与溶剂NMP进行搅拌合浆，得到正极浆料，然后在铝箔上涂布烘干，辊压、分切，制作得到所述正极片。
7.电极组件，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的正极片。
8.储能设备，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的正极片或权利要求7所述的电极组件。
9.用电设备，其特征在于，所述用电设备包括如权利要求8所述的储能设备，所述储能设备为所述用电设备供电。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310014851.0A CN115832224B (zh) | 2023-01-05 | 2023-01-05 | 正极片及其制备方法、电极组件、储能设备及用电设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310014851.0A CN115832224B (zh) | 2023-01-05 | 2023-01-05 | 正极片及其制备方法、电极组件、储能设备及用电设备 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115832224A true CN115832224A (zh) | 2023-03-21 |
| CN115832224B CN115832224B (zh) | 2023-12-22 |
Family
ID=85520177
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310014851.0A Active CN115832224B (zh) | 2023-01-05 | 2023-01-05 | 正极片及其制备方法、电极组件、储能设备及用电设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115832224B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116404113A (zh) * | 2023-06-09 | 2023-07-07 | 深圳海辰储能控制技术有限公司 | 一种复合正极片、其制备方法及包括其的储能装置 |
Citations (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103996820A (zh) * | 2014-05-30 | 2014-08-20 | 南京安普瑞斯有限公司 | 锂离子电池及其具有协同作用的混合正极电极及活性材料 |
| CN104300123A (zh) * | 2014-03-20 | 2015-01-21 | 中航锂电（洛阳）有限公司 | 一种混合正极材料、使用该正极材料的正极片及锂离子电池 |
| CN104425845A (zh) * | 2013-09-09 | 2015-03-18 | 北京国能电池科技有限公司 | 一种高能量密度锂离子动力电池及其制造方法 |
| CN105470495A (zh) * | 2014-09-05 | 2016-04-06 | 比亚迪股份有限公司 | 一种正极活性物质及其制备方法、锂离子电池的正极材料及其制备方法和锂离子电池 |
| CN106450211A (zh) * | 2016-10-28 | 2017-02-22 | 合肥国轩高科动力能源有限公司 | 一种表面包覆复合的富锂锰基正极材料及其制备方法 |
| CN107546379A (zh) * | 2017-08-18 | 2018-01-05 | 宁波知能新材料有限公司 | 磷酸锰铁锂‑三元材料复合正极材料及其制备方法 |
| CN108232174A (zh) * | 2018-01-31 | 2018-06-29 | 北京国能电池科技股份有限公司 | 正极活性材料、锂离子电池及其制备方法 |
| CN108777298A (zh) * | 2018-06-07 | 2018-11-09 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种正极材料、正极片及锂离子电池 |
| CN110459749A (zh) * | 2019-08-21 | 2019-11-15 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种复合正极材料及其制备方法 |
| CN111048760A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-04-21 | 江苏力泰锂能科技有限公司 | 正极活性材料及其制备方法 |
| CN111883771A (zh) * | 2020-09-14 | 2020-11-03 | 天津斯科兰德科技有限公司 | 一种锂离子电池正极材料、正极片及锂离子电池 |
| CN112885996A (zh) * | 2021-04-13 | 2021-06-01 | 江苏力泰锂能科技有限公司 | 正极活性材料及其制备方法、正极和锂离子电池 |
| CN113224277A (zh) * | 2021-05-03 | 2021-08-06 | 星恒电源股份有限公司 | 一种高安全长循环寿命锂离子电池用正极极片 |
| CN113793913A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-12-14 | 星恒电源股份有限公司 | 一种锂离子电池正极极片及其制备方法 |
| CN115020696A (zh) * | 2022-07-12 | 2022-09-06 | 远景动力技术(江苏)有限公司 | 正极活性材料、电化学装置和电子设备 |
| CN115066767A (zh) * | 2021-03-23 | 2022-09-16 | 珠海冠宇电池股份有限公司 | 一种正极片和锂离子电池 |
| WO2022199681A1 (zh) * | 2021-03-25 | 2022-09-29 | 比亚迪股份有限公司 | 锂离子电池及动力车辆 |
-
2023
- 2023-01-05 CN CN202310014851.0A patent/CN115832224B/zh active Active
Patent Citations (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104425845A (zh) * | 2013-09-09 | 2015-03-18 | 北京国能电池科技有限公司 | 一种高能量密度锂离子动力电池及其制造方法 |
| CN104300123A (zh) * | 2014-03-20 | 2015-01-21 | 中航锂电（洛阳）有限公司 | 一种混合正极材料、使用该正极材料的正极片及锂离子电池 |
| CN103996820A (zh) * | 2014-05-30 | 2014-08-20 | 南京安普瑞斯有限公司 | 锂离子电池及其具有协同作用的混合正极电极及活性材料 |
| CN105470495A (zh) * | 2014-09-05 | 2016-04-06 | 比亚迪股份有限公司 | 一种正极活性物质及其制备方法、锂离子电池的正极材料及其制备方法和锂离子电池 |
| CN106450211A (zh) * | 2016-10-28 | 2017-02-22 | 合肥国轩高科动力能源有限公司 | 一种表面包覆复合的富锂锰基正极材料及其制备方法 |
| CN107546379A (zh) * | 2017-08-18 | 2018-01-05 | 宁波知能新材料有限公司 | 磷酸锰铁锂‑三元材料复合正极材料及其制备方法 |
| CN108232174A (zh) * | 2018-01-31 | 2018-06-29 | 北京国能电池科技股份有限公司 | 正极活性材料、锂离子电池及其制备方法 |
| CN108777298A (zh) * | 2018-06-07 | 2018-11-09 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种正极材料、正极片及锂离子电池 |
| CN110459749A (zh) * | 2019-08-21 | 2019-11-15 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种复合正极材料及其制备方法 |
| CN111048760A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-04-21 | 江苏力泰锂能科技有限公司 | 正极活性材料及其制备方法 |
| CN111883771A (zh) * | 2020-09-14 | 2020-11-03 | 天津斯科兰德科技有限公司 | 一种锂离子电池正极材料、正极片及锂离子电池 |
| CN115066767A (zh) * | 2021-03-23 | 2022-09-16 | 珠海冠宇电池股份有限公司 | 一种正极片和锂离子电池 |
| WO2022199681A1 (zh) * | 2021-03-25 | 2022-09-29 | 比亚迪股份有限公司 | 锂离子电池及动力车辆 |
| CN112885996A (zh) * | 2021-04-13 | 2021-06-01 | 江苏力泰锂能科技有限公司 | 正极活性材料及其制备方法、正极和锂离子电池 |
| CN113224277A (zh) * | 2021-05-03 | 2021-08-06 | 星恒电源股份有限公司 | 一种高安全长循环寿命锂离子电池用正极极片 |
| CN113793913A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-12-14 | 星恒电源股份有限公司 | 一种锂离子电池正极极片及其制备方法 |
| CN115020696A (zh) * | 2022-07-12 | 2022-09-06 | 远景动力技术(江苏)有限公司 | 正极活性材料、电化学装置和电子设备 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116404113A (zh) * | 2023-06-09 | 2023-07-07 | 深圳海辰储能控制技术有限公司 | 一种复合正极片、其制备方法及包括其的储能装置 |
| CN116404113B (zh) * | 2023-06-09 | 2024-01-23 | 深圳海辰储能控制技术有限公司 | 一种复合正极片、其制备方法及包括其的储能装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115832224B (zh) | 2023-12-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111384377B (zh) | 一种正极材料及其制备方法和用途 | |
| CN112151773B (zh) | 一种正极活性材料及其制备方法和锂电池 | |
| CN111900328A (zh) | 一种正极片及含有该正极片的锂离子电池 | |
| CN111193018B (zh) | 锂电池正极活性材料及其制备方法和应用 | |
| CN115172654B (zh) | 一种补锂负极极片和二次电池 | |
| CN113871565B (zh) | 钠离子电池 | |
| CN113937255A (zh) | 一种锂离子电池复合正极材料及其制备方法和应用 | |
| CN115832224B (zh) | 正极片及其制备方法、电极组件、储能设备及用电设备 | |
| Zhang et al. | Activated nanolithia as an effective prelithiation additive for lithium-ion batteries | |
| CN114242932A (zh) | 一种锂离子电池 | |
| CN113488611A (zh) | 一种电极组件及二次电池 | |
| CN113196524B (zh) | 负极材料、负极极片、电化学装置和电子装置 | |
| CN116344742A (zh) | 一种完全锂化的负极极片及其制备方法 | |
| CN116470003A (zh) | 一种预锂化负极极片及锂离子电池 | |
| CN115312711A (zh) | 一种正极复合材料及其制备方法、应用 | |
| CN115000537A (zh) | 一种正极补锂方法 | |
| CN114094040A (zh) | 正极片及其制备方法和应用 | |
| CN116487584A (zh) | 正极复合材料、其制备方法、正极以及锂离子二次电池 | |
| CN114142023A (zh) | 一种包覆型的类单晶正极材料及其锂离子电池应用 | |
| CN112768686A (zh) | 一种正极材料、正极片、锂离子电池 | |
| CN113097453A (zh) | 一种锂离子电池正极电极预嵌锂方法 | |
| CN114975862B (zh) | 二次电池、电子装置及二次电池的制备方法 | |
| CN116470005B (zh) | 正极片、锂离子电池和储能设备 | |
| US20240105930A1 (en) | Transition metal layered oxides, positive electrode material, and sodium-ion battery | |
| CN108682798B (zh) | 一种立方体碳包覆钒基正极材料的制备方法 |
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 |