一种锂电池正极极片的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂电池正极极片的制备方法，包括以下步骤：（1）将导电聚合物单体和表面活性剂溶于去离子水中，加入质子酸调节pH值为3～5，搅拌10～30min；（2）加入正极材料并搅拌3～5h形成浆料，控制浆料固含量在55～75%的范围内；（3）将搅拌好的浆料涂覆到铝箔上，涂布区域两端有留白，在两端的留白处连接电源，使得聚合物单体在电场的作用下发生聚合，最后将涂有浆料的铝箔烘干。本发明专利技术采用的导电聚合物起到了粘结剂和导电剂的双重作用，工艺简单，正极材料的包覆改性和正极极片的制作一步完成，有利于提高聚合物包覆的正极材料的正极片制作效率。

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池正极极片的制备方法
本专利技术涉及锂离子电池制备
，尤其涉及一种锂电池聚合物包覆正极材料的正极极片制备方法。
技术介绍
锂离子电池用的正极材料大都存在电导率较低的问题，这限制了正极材料的大倍率充放电性能，为了提高正极材料的电导率，往往采用包覆、掺杂等方法对正极材料进行改性，同时在正极极片制作的过程中加入导电碳黑作为导电剂提高正极极片的电导率。某些聚合物在掺杂后电导率会急剧增大，具有半导体甚至导体的性质。导电聚合物不仅可以包覆到正极材料颗粒的表面，还可以形成导电网络，可以显著降低正极材料的颗粒间的接触电阻。此外，导电聚合物还具有良好的机械性能和粘结性能，可以起到粘结剂的作用。导电聚合物可以可逆的嵌入/脱出锂离子，已经被用作锂离子电池正极材料，所以使用导电聚合物包覆正极材料不仅可以提高材料的电导率，并且不会对正极材料的容量产生太大影响。目前商品化的锂离子电池正极制作过程中大多使用聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯作为粘结剂，粘结剂的作用就是使正极材料、导电剂、集流体之间可以互相紧密接触，保证电子的顺利传输，但粘结剂本身并不导电，而且粘结剂的加入也减少了正极片的容量。高电压类正极材料如镍锰酸锂、富锂类材料由于较高的电位，通常与电解液间存在较为严重的副反应，解决办法之一就是对这些材料进行包覆改性，避免正极材料和电解液之间直接接触，从而减少副反应的发生。因此，利用导电聚合物包覆正极材料还可以减少副反应的发生。导电聚合物单体的聚合通常有化学聚合和电化学聚合两种方法。化学聚合法合成的导电聚合物一般为粉末状，电化学聚合法合成的导电聚合物呈薄膜状。本专利技术提供了一种电化学法生成导电聚合物包覆正极的方法，生成的导电聚合物起到了粘结剂和导电剂的双重作用，在现有技术中，还未见此类制备导电聚合物包覆正极材料的正极片制作方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种锂电池聚合物包覆正极材料的正极极片制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种锂电池正极极片的制备方法，包括以下步骤：(1)将导电聚合物单体和表面活性剂溶于去离子水中，加入质子酸调节pH值为3～5，搅拌10～30min；(2)加入正极材料并搅拌3～5h形成浆料，控制浆料固含量在55～75％的范围内；(3)将搅拌好的浆料涂覆到铝箔上，涂布区域两端有留白，在两端的留白处连接电源，使得聚合物单体在电场的作用下发生聚合，最后将涂有浆料的铝箔烘干；电源为直流电源或脉冲电源；所述电源为直流电源时，通过控制以下电学参数使聚合物单体在电场的作用下发生聚合：电压为0.3～1.8V，通过铝箔的电流密度为0.5～1.0mA/cm2，通电总时间为0.5～2h；所述电源为脉冲电源时，通过控制以下电学参数使聚合物单体在电场的作用下发生聚合：脉冲电压为单极脉冲，脉冲电压幅度为0.3～1.8V，脉冲周期为0.9～1.4s，脉冲占空比为40％～60％，通电总时间为0.5～2h。作为优选，导电聚合物单体为苯胺、吡咯、噻吩、3，4-乙撑二氧噻吩、对苯中的一种或几种；所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、甲苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵中的一种或几种；所述导电聚合物单体和表面活性剂的摩尔比为1∶0.3～0.5。作为优选，质子酸为硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、高氯酸、甲酸、醋酸、草酸、柠檬酸和磷酸中的一种或几种。作为优选，正极材料为钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍锰酸锂、镍钴铝酸锂、富锂类正极材料中的一种或几种；所述正极材料和聚合物单体的摩尔比为8～9∶1。作为优选，步骤(3)中所述正极浆料涂布的单面面密度为90～160g/m2，涂布长度为100～200cm，涂布区域两端的留白在涂布方向上的长度为10～30mm。本专利技术的有益效果是：1、正极极片制作过程中没有使用传统的导电添加剂和粘结剂，导电聚合物起到了粘结剂和导电剂的双重作用，导电聚合物形成网络结构并较好的机械性能，保证了正极极片较好的柔韧性和加工性能；2、本专利技术提供的导电聚合物包覆正极的方法速度快、工艺简单，正极材料的包覆改性和正极极片的制作一步完成，有利于提高聚合物包覆正极材料的正极片制作效率。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1是本专利技术锂电池正极极片的制备方法实施例的涂布后的极片与直流电压源的电路连接示意图。具体实施方式实施例1将苯胺单体、十六烷基三甲基溴化铵按照1∶0.5的摩尔比溶于去离子水中，加入硫酸调节pH值在3～5之间，搅拌30min后加入化学式为Li[Mn1/3Ni1/3Co1/3]O2的三元正极材料，搅拌5h，其中三元正极材料和苯胺单体的摩尔比为8∶1，控制浆料固含量为65％，然后将浆料涂覆到20μm厚铝箔上，涂布单面面密度为130g/m2，涂布长度120cm，涂布方向上的两端留白均为20mm。铝箔两端留白分别通过连有导线的夹具连接到直流电压源的正负极上，连接方式见图1。电压源电压为1.5V，调节通过铝箔的电流密度为1.0mA/cm2，通电总时间90min。通电结束后，将极片置于烘箱中100℃烘烤10h，即得到聚合物包覆富锂正极材料的正极极片。实施例2将吡咯单体、甲苯磺酸钠按照1：0.4的摩尔比溶于去离子水中，加入硫酸调节pH值在3～5之间，搅拌30min后加入化学式为LiNi0.5Mn1.5O4的尖晶石型镍锰酸锂正极材料，搅拌4h，其中尖晶石型镍锰酸锂正极材料和吡咯单体的摩尔比为8.5∶1，控制浆料固含量为65％，然后将浆料涂覆到20μm厚铝箔上，涂布单面面密度为75g/m2，涂布长度100cm，涂布方向上的两端留白均为15mm。铝箔两端留白分别通过连有导线的夹具连接到直流电压源的正负极上，连接方式见图1。电压源电压为1.2V，调节通过铝箔的电流密度为0.7mA/cm2，通电总时间100min。通电结束后，将极片置于烘箱中90℃烘烤10h，即得到聚合物包覆尖晶石型镍锰酸锂正极材料的正极极片。实施例3将苯胺单体、十六烷基三甲基溴化铵按照1∶0.5的摩尔比溶于去离子水中，加入硫酸调节pH值在3～5之间，搅拌30min后加入化学式为Li[Mn1/3Ni1/3Co1/3]O2的三元正极材料，搅拌5h，其中三元正极材料和苯胺单体的摩尔比为8∶1，控制浆料固含量为65％，然后将浆料涂覆到20μm厚铝箔上，涂布单面面密度为130g/m2，涂布长度120cm，涂布方向上的两端留白均为20mm。铝箔两端留白分别通过连有导线的夹具连接到脉冲电源的两极上。脉冲电源为单极脉冲，脉冲电压幅度为1.2V，脉冲周期为1s，通电总时间70min。通电结束后，将极片置于烘箱中100℃烘烤10h，即得到聚合物包覆富锂正极材料的正极极片。对比例将聚偏氟乙烯(PVDF)溶于NMP(N-甲基吡咯烷酮)中制备PVDF胶液，胶液中PVDF的含量为8％，向PVDF胶液中加入Super-P(一种导电碳黑)和KS-6(一种导电石墨)，搅拌1h，制成导电剂胶液。然后向导电剂胶液中加入化学式为Li[Mn1/3Ni1/3Co1/3]O2的三元正极材料，搅拌5h，控制浆料固含量为60％。浆料中各物质间的比例为PVDF∶Super-P∶KS-6∶正极材料＝4∶1∶4∶91。将浆料涂覆到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂电池正极极片的制备方法，包括以下步骤：（1）将导电聚合物单体和表面活性剂溶于去离子水中，加入质子酸调节pH值为3～5，搅拌10～30min；（2）加入正极材料并搅拌3～5h形成浆料，控制浆料固含量在55～75%的范围内；（3）将搅拌好的浆料涂覆到铝箔上，涂布区域两端有留白，在两端的留白处连接电源，使得聚合物单体在电场的作用下发生聚合，最后将涂有浆料的铝箔烘干。

【技术特征摘要】
1.一种锂电池正极极片的制备方法，包括以下步骤：(1)将导电聚合物单体和表面活性剂溶于去离子水中，加入质子酸调节pH值为3～5，搅拌10～30min；(2)加入正极材料并搅拌3～5h形成浆料，控制浆料固含量在55～75％的范围内；(3)将搅拌好的浆料涂覆到铝箔上，涂布区域两端有留白，在两端的留白处连接电源，使得聚合物单体在电场的作用下发生聚合，最后将涂有浆料的铝箔烘干；所述电源为直流电源或脉冲电源；所述电源为直流电源时，通过控制以下电学参数使聚合物单体在电场的作用下发生聚合：电压为0.3～1.8V，通过铝箔的电流密度为0.5～1.0mA/cm2，通电总时间为0.5～2h；所述电源为脉冲电源时，通过控制以下电学参数使聚合物单体在电场的作用下发生聚合：脉冲电压为单极脉冲，脉冲电压幅度为0.3～1.8V，脉冲周期为0.9～1.4s，脉冲占空比为40％～60％，通电总时间为0.5～2h。2.根据权利要求1所述的正极极片制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢军龙，汪涛，王启岁，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源股份公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34