一种新型锂离子电池正极极片、其用途及极片的修饰方法技术

本发明专利技术公开了一种新型锂离子电池正极极片、其用途及极片的修饰方法，该方法包含：步骤1，制备修饰极片：将含有第一材料的浆料涂覆在铝箔一侧形成第一涂层，烘干，得到修饰极片；步骤2，将含有正极活性材料的浆料涂覆在上述修饰极片的第一涂层上形成第二涂层，烘干，得到锂离子电池修饰正极极片；其中，该第一材料的工作电压平台低于正极活性材料。该修饰方法操作简便，具有普适性，易于工业化。采用本发明专利技术的修饰正极极片组装的锂离子电池在充放电过程可以缩短锂离子/电子的传输路径，降低界面阻抗，带来较高的充放电效率、放电比容量以及优异的倍率性能。

【技术实现步骤摘要】
一种新型锂离子电池正极极片、其用途及极片的修饰方法
本专利技术属于电化学领域，涉及一种电池正极制备方法，特别涉及一种对锂离子电池正极极片进行修饰的方法。
技术介绍
随着经济与社会的发展，能源短缺已成为全球各国面临的严峻问题，这促使人类不断探寻新型环保能源。与传统的镉镍、氢镍电池相比，锂离子电池具有比能量高、工作电压高、应用温度范围宽、自放电率低、循环寿命长等优点，被广泛应用于移动电话、笔记本电脑和其他便携式电器，并逐步向大功率系统如电动汽车、智能电网、卫星以及分布式能源系统等领域拓展。从目前国内外发展情况来看，世界各国也都对高比能量化学储能电源提出了中长期发展规划，比如NASA（NationalAeronauticsandSpaceAdministration，美国国家航空和宇宙航行局）和法国航空电池制造商Saft公司等都将近期锂离子电池的比能量目标确定为250~300Wh/kg，日本NEDO（TheNewEnergyandIndustrialTechnologyDevelopmentOrganization，日本新能源·产业技术综合开发机构）电动车动力电池发展规划中也表示到2020年能量型锂离子电池的能量密度将达250Wh/kg。然而，锂离子电池的能量密度主要受限于正极材料，因为商用的负极碳材料比容量在300~350mAh/g左右，而常见正极材料（包括LiCoO2、LiNiO2、尖晶石型LiMn2O4、层状LiMnO2、LiFePO4、Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2等）的比容量为120~165mAh/g，远低于负极材料的理论容量。随着社会经济的不断发展和其他产业的迅速崛起，市场仍然需要具有更高性能的储能电源面市，而储能电源中电极材料的选用是决定其性能的关键所在。电极材料中正极材料与负极材料容量发展的极度不平衡严重限制了高比能量储能电源的飞速发展，因此从材料的制备、材料的优化、电池设计、制备工艺等角度入手，研制出具有更高容量、更优性能的锂离子电池正极材料至关重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决常规的锂离子正极材料的比容量低的问题，对锂离子电池的正极材料进行改性修饰，提高锂离子电池正极材料的电化学性能，如充放电效率、放电比容量以及倍率性能。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种新型锂离子电池正极极片修饰方法，该方法包含以下步骤：步骤1，制备修饰极片：将含有第一材料的浆料涂覆在铝箔一侧形成第一涂层，烘干，得到修饰极片；步骤2，将含有正极活性材料的浆料涂覆在上述修饰极片的第一涂层上形成第二涂层，烘干，得到锂离子电池修饰正极极片；其中，该第一材料的工作电压平台低于正极活性材料。较佳地，所述的第一材料选择石墨烯、硫单质、钴酸锂、磷酸亚铁锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂中的任意一种或两种以上的混合物。较佳地，所述的正极活性材料选择钴酸锂、磷酸亚铁锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、富锂锰基材料、镍锰酸锂中的任意一种或两种以上的混合物。较佳地，第一涂层的厚度为1μm~10μm。较佳地，第二涂层的厚度为10μm~100μm。本专利技术还提供了一种上述的修饰方法制备的锂离子电池正极极片，该正极极片包含集流体，该集流体是由铝箔与涂覆在其一侧的第一涂层构成，在第一涂层上还涂覆有第二涂层，该第一涂层包含第一材料，该第二涂层包含活性物质材料，其中，第一材料的工作电压平台低于正极活性材料。本专利技术还提供了一种上述的修饰方法制备的锂离子电池正极极片的用途，其中，该正极极片用于锂离子电池。本专利技术具有以下优点：采用本专利技术修饰正极极片组装的锂离子电池在充放电过程可以缩短锂离子/电子的传输路径，降低界面阻抗，带来较高的充放电效率、放电比容量以及优异的倍率性能。例如，采用磷酸铁锂修饰过的镍钴铝酸锂电极在0.1C时的放电比容量可达194.6mAh/g，而未加修饰的电极放电比容量只有184.6mAh/g；修饰电极在5C时的放电比容量可达150.2mAh/g，而未加修饰的电极放电比容量只有136.2mAh/g。该锂离子电池正极极片修饰方法具有普适性，也适合工程化应用。附图说明图1是采用本专利技术实施例1所制备的修饰极片作为正极的锂离子电池的首次充放电曲线。图2是采用本专利技术实施例1所制备的修饰极片作为正极的锂离子电池的倍率性能曲线。图3是采用本专利技术实施例1所制备的修饰极片作为正极的锂离子电池循环前的阻抗曲线。图4是采用本专利技术实施例2所制备的修饰极片作为正极的锂离子电池的首次充放电曲线。图5是本专利技术实施例3所制备的修饰正极极片的SEM扫描电镜图。图6是采用本专利技术实施例3所制备的修饰极片作为正极的锂离子电池的首次充放电曲线。图7是采用本专利技术实施例4所制备的修饰极片作为正极的锂离子电池的首次充放电曲线。具体实施方式本专利技术提供的一种新型锂离子电池正极极片修饰方法包含以下步骤：步骤1，制备修饰极片：将含有第一材料的浆料涂覆在铝箔一侧形成第一涂层，烘干，得到修饰极片；步骤2，将含有正极活性材料的浆料涂覆在上述修饰极片的第一涂层上形成第二涂层，烘干，得到锂离子电池修饰正极极片；其中，该第一材料的工作电压平台低于正极活性材料。所述的第一材料选择石墨烯、硫单质、钴酸锂、磷酸亚铁锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂中的任意一种或两种以上的混合物。所述的正极活性材料选择钴酸锂、磷酸亚铁锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、富锂锰基材料、镍锰酸锂中的任意一种或两种以上的混合物。所述第一涂层的厚度为1μm~10μm。所述第二涂层的厚度为10μm~100μm。所述的第一材料与正极活性材料的用量比例通过调节第一涂层与第二涂层的厚度实现。以下结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。实施例1（1）按质量比为8:1:1称取磷酸铁锂材料(LiFePO4,LFP)、导电剂以及粘结剂，以NMP（N-Methylpyrrolidone，N-甲基吡咯烷酮）作为溶剂湿法混合，涂敷在铝箔上，烘干后得到铝箔一侧含有低电压正极材料的极片作为修饰极片；所述导电剂为乙炔黑，所述粘结剂为PVDF（PolyvinylideneFluoride，聚偏氟乙烯）；（2）按质量比为8:1:1称取正极活性材料镍钴铝酸锂(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2,NCA)、导电剂以及粘结剂，以NMP作为溶剂湿法混合后得到正极浆料；（3）以步骤（1）制成的修饰极片作为集流体，在其表面涂覆一层步骤（2）制成的正极浆料，烘干后即得到锂离子电池修饰正极极片Al-LFP-NCA。其中，铝箔一侧含有低电压正极材料的涂层，厚度为5μm。正极活性材料的涂层，厚度为50μm。采用本实施例1所制备的修饰极片作为正极的锂离子电池的首次充放电曲线如图1所示，以0.1C的电流进行充放电，可以看出采用Al-LFP-NCA修饰正极的电池其首周放电比容量为194.6mAh/g，高于Al-NCA未修饰电极的184.6mAh/g。采用修饰正极的电池其首次库仑效率为85.0%，高于未修饰电极的81.6%。采用本实施例1所制备的修饰极片作为正极的锂离子电池的倍率性能曲线如图2所示，可以看出采用Al-LFP-NCA修饰正极的电池在5C大倍率电流下，其放电比容量150.2mAh/g，高于Al-NCA未修饰电极的136.2mAh/g。采用本实施例1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型锂离子电池正极极片修饰方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：步骤1，制备修饰极片：将含有第一材料的浆料涂覆在铝箔一侧形成第一涂层，烘干，得到修饰极片；步骤2，将含有正极活性材料的浆料涂覆在上述修饰极片的第一涂层上形成第二涂层，烘干，得到锂离子电池修饰正极极片；其中，该第一材料的工作电压平台低于正极活性材料。

【技术特征摘要】
1.一种新型锂离子电池正极极片修饰方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：步骤1，制备修饰极片：将含有第一材料的浆料涂覆在铝箔一侧形成第一涂层，烘干，得到修饰极片；步骤2，将含有正极活性材料的浆料涂覆在上述修饰极片的第一涂层上形成第二涂层，烘干，得到锂离子电池修饰正极极片；其中，该第一材料的工作电压平台低于正极活性材料。2.如权利要求1所述的新型锂离子电池正极极片修饰方法，其特征在于，所述的第一材料选择石墨烯、硫单质、钴酸锂、磷酸亚铁锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂中的任意一种或两种以上的混合物。3.如权利要求1所述的新型锂离子电池正极极片修饰方法，其特征在于，所述的正极活性材料选择钴酸锂、磷酸亚铁锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、富锂锰基材料、镍锰酸锂中的任意一种或两种以上的混合物。4.如权利要求1所述的新型锂离子电池正极极片修饰方法，其特征在于，第一涂层的厚度为1μm~10μm。5.如权利要求1所述的新型锂离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱蕾，汤卫平，贾荻，江小标，吴勇民，
申请(专利权)人：上海空间电源研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31