一种富含富锂锰基的复合正极片的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种富含富锂锰基的复合正极片的制备方法，其特征在于：将有机碳源溶解在去离子水中；将富锂锰基与溶解好的碳源溶液加入到水热反应釜中，将抽滤后的粉体干燥；取包覆了有机碳源的富锂锰基粉体，导电剂，粘结剂，快离子导体以及锂盐混合均匀后分散在N‑甲基吡咯烷酮溶剂之中，用真空行星搅拌机充分搅拌均匀以得到复合正极浆料；用涂布机将复合正极浆料涂布在导电涂层铝箔上，再在真空烘烤箱中进行干燥，最后分切得到复合正极片。优点是：水热法制备的粉体结晶性与分散性好，且低能耗、低污染、低投入，产量较高，设备单一，工艺流程简单，具备大规模生产的可能。

Preparation and application of a composite cathode plate rich in lithium manganese base

The invention discloses a preparation method of a lithium-rich manganese-based composite positive electrode sheet, which is characterized in that the organic carbon source is dissolved in deionized water, the lithium-rich manganese base and the dissolved carbon source solution are added to the hydrothermal reactor to dry the filtered powder, and the lithium-rich manganese-based powder coated with the organic carbon source is taken out, and the conductive agent is used. The binder, fast ionic conductor and lithium salt were mixed evenly and dispersed in N_methylpyrrolidone solvent. The composite cathode paste was obtained by mixing well with a vacuum planetary agitator. The composite cathode paste was coated on the conductive coated aluminum foil with a coating machine, then dried in a vacuum oven, and finally cut into pieces. Composite cathode plate. The advantages are: the powder prepared by hydrothermal method has good crystallinity and dispersibility, low energy consumption, low pollution, low input, high output, single equipment, simple process, with the possibility of large-scale production.

【技术实现步骤摘要】
一种富含富锂锰基的复合正极片的制备方法及其应用
本专利技术涉及新能源锂电池领域，涉及了一种富含富锂锰基的复合正极片的制备方法，还涉及一种富含富锂锰基的复合正极片的应用。
技术介绍
传统锂离子电池采用有机液体电解液，在过度充电、内部短路等异常的情况下，电池容易发热，造成电解液气胀、自燃甚至爆炸，存在严重的安全隐患。20世纪50年代发展起来的基于固体电解质的全固态锂电池，由于采用固体电解质，不含易燃、易挥发组分，彻底消除电池因漏液引发的电池冒烟、起火等安全隐患，被称为最安全电池体系。全固态锂离子电池面临的主要问题是电极材料与固态电解质相匹配以降低其界面阻抗并保证界面的稳定性，要解决该问题，除需要研究开发新型的固态电解质和对界面采取一些特殊手段(如在界面加缓冲物质降低界面阻抗)以外，还亟需开发新型的正极材料，以大幅改善全固态锂离子电池的电化学性能。富锂锰基正极材料xLi2MnO3﹒(1-x)LiMO2(M＝Ni，Co，Mn)是一种过渡金属以锰为主并掺杂了其它元素的锂锰基复合氧化物，由Li2MnO3和LiMO2两种成分按不同比例复合而成，结构类似于α-NaFeO2层状结构。虽然商业化的富锂锰基正极材料具有较高的放电比容量，但仍存在以下几个问题：一是首次不可逆容量损失较大；二是倍率性能和循环寿命较差；三是循环过程电压衰减较快。
技术实现思路
本专利技术的目的是：针对上述不足，提供一种富含富锂锰基的复合正极片的制备方法及其应用。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种富含富锂锰基的复合正极片的制备方法，此制备方法包括如下步骤：步骤一：将2-5质量份的有机碳源溶解在去离子水中；步骤二：将100质量份的富锂锰基与溶解好的碳源溶液加入到水热反应釜中，加热温度为120-180℃，加热4-12h；步骤三：取出降温后的混合溶液抽滤，将抽滤后的粉体在70-90℃干燥4-12h；步骤四：取80-90质量份的包覆了有机碳源的富锂锰基粉体，1-5质量份的导电剂，2-5质量份的粘结剂，2-15质量份的快离子导体以及3-10质量份的锂盐混合均匀后分散在N-甲基吡咯烷酮溶剂之中，用真空行星搅拌机充分搅拌均匀以得到复合正极浆料；步骤五：用涂布机将复合正极浆料涂布在厚度为15-17μm的导电涂层铝箔上，涂布速度为500-800mm/min，涂布厚度为160-200μm，收卷后的极片再在100-110℃的真空烘烤箱中进行干燥，干燥时间为12-24h，对极片进行辊压，压实密度控制在3-3.4mg/cm3，最后分切得到复合正极片。所述有机碳源包括葡萄糖，蔗糖，柠檬酸等。所述导电材料包括Surpe-P，乙炔黑，KS-6，CNT，石墨烯等。所述粘结剂包括聚偏氟乙烯，聚偏氟乙烯-六氟丙烯，聚四氟乙烯等所述快离子导体包括锂镧锆氧(LLZO)，锂镧钛氧(LLTO)，锂镧锆钽氧(LZTO)。所述锂盐包括LiTFSI，LiClO4，LiBF4，LiPF6，LiAsF6。一种富含富锂锰基的复合正极片的应用，将得到的富锂锰基复合正极片与聚氧化乙烯基锂离子导体固体电解质、锂箔进行叠片，组装得到固态锂离子电池，将得到的固态锂离子电池在60℃、0.2C充放电，充放电截止电压2.5-4.6V的条件下进行充放电循环测试，结果显示放电比容量为175mAh/g-195mAh/g，循环300周后，容量保持率为85％-90％。与现有技术相比，本专利技术所达到的技术效果是：采用水热法对富锂锰基正极材料进行表面碳包覆是一种行之有效的方法，在特制的密闭反应容器里，采用水溶液作为反应介质，通过对反应容器加热，创造一个高温、高压反应环境，使得碳源在富锂锰基正极材料表面溶解并且重结晶，水热法制备的粉体结晶性与分散性好，且低能耗、低污染、低投入，产量较高，设备单一，工艺流程简单，具备大规模生产的可能。附图说明图1为富含富锂锰基的复合正极片的扣电循环图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述：实施例一：一种富含富锂锰基的复合正极片的制备方法，此制备方法包括如下步骤：步骤一：将2质量份的葡萄糖溶解在去离子水中；步骤二：将100质量份的富锂锰基与溶解好的葡萄糖溶液加入到水热反应釜中，加热温度为120℃，加热4h；步骤三：取出降温后的混合溶液抽滤，将抽滤后的粉体在70℃干燥4h；步骤四：取80质量份的包覆了有机碳源的富锂锰基粉体，2质量份的Surpe-P，2质量份的聚偏氟乙烯，2质量份的锂镧锆氧(LLZO)以及3质量份的LiTFSI混合均匀后分散在N-甲基吡咯烷酮溶剂之中，用真空行星搅拌机充分搅拌均匀以得到复合正极浆料；步骤五：用涂布机将复合正极浆料涂布在厚度为16μm的导电涂层铝箔上，涂布速度为800mm/min，涂布厚度为160μm，收卷后的极片再在105℃的真空烘烤箱中进行干燥，干燥时间为24h，对极片进行辊压，压实密度控制在3-3.4mg/cm3，最后分切得到复合正极片。一种富含富锂锰基的复合正极片的应用，将得到的富锂锰基复合正极片与聚氧化乙烯基锂离子导体固体电解质、锂箔进行叠片，组装得到固态锂离子电池，将得到的固态锂离子电池在60℃、0.2C充放电，充放电截止电压2.5-4.6V的条件下进行充放电循环测试，结果显示放电比容量为195mAh/g，循环300周后，容量保持率为87％。实施例二：一种富含富锂锰基的复合正极片的制备方法，此制备方法包括如下步骤：步骤一：将4质量份的蔗糖溶解在去离子水中；步骤二：将100质量份的富锂锰基与溶解好的蔗糖溶液加入到水热反应釜中，加热温度为150℃，加热4h；步骤三：取出降温后的混合溶液抽滤，将抽滤后的粉体在80℃干燥8h；步骤四：取85质量份的包覆了有机碳源的富锂锰基粉体，2质量份的乙炔黑，3质量份的聚偏氟乙烯-六氟丙烯，3质量份的锂镧钛氧(LLTO)以及3质量份的LiClO4混合均匀后分散在N-甲基吡咯烷酮溶剂之中，用真空行星搅拌机充分搅拌均匀以得到复合正极浆料；步骤五：用涂布机将复合正极浆料涂布在厚度为16μm的导电涂层铝箔上，涂布速度为800mm/min，涂布厚度为166μm，收卷后的极片再在105℃的真空烘烤箱中进行干燥，干燥时间为24h，对极片进行辊压，压实密度控制在3-3.4mg/cm3，最后分切得到复合正极片。一种富含富锂锰基的复合正极片的应用，将得到的富锂锰基复合正极片与聚氧化乙烯基锂离子导体固体电解质、锂箔进行叠片，组装得到固态锂离子电池，将得到的固态锂离子电池在60℃、0.2C充放电，充放电截止电压2.5-4.6V的条件下进行充放电循环测试，结果显示放电比容量为180mAh/g，循环300周后，容量保持率为90％。实施例三：一种富含富锂锰基的复合正极片的制备方法，此制备方法包括如下步骤：步骤一：将5质量份的柠檬酸溶解在去离子水中；步骤二：将100质量份的富锂锰基与溶解好的柠檬酸溶液加入到水热反应釜中，加热温度为180℃，加热6h；步骤三：取出降温后的混合溶液抽滤，将抽滤后的粉体在80℃干燥8h；步骤四：取90质量份的包覆了有机碳源的富锂锰基粉体，3质量份的石墨烯，4质量份的聚四氟乙烯，6质量份的锂镧锆钽氧(LZTO)以及6质量份的LiPF6混合均匀后分散在N-甲基吡咯烷酮溶剂之中，用真空行星搅拌机充分搅拌均匀以得到复合正极浆料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种富含富锂锰基的复合正极片的制备方法，其特征在于：此制备方法包括如下步骤：步骤一：将2‑5质量份的有机碳源溶解在去离子水中；步骤二：将100质量份的富锂锰基与溶解好的碳源溶液加入到水热反应釜中，加热温度为120‑180℃，加热4‑12h；步骤三：取出降温后的混合溶液抽滤，将抽滤后的粉体在70‑90℃干燥4‑12h；步骤四：取80‑90质量份的包覆了有机碳源的富锂锰基粉体，1‑5质量份的导电剂，2‑5质量份的粘结剂，2‑15质量份的快离子导体以及3‑10质量份的锂盐混合均匀后分散在N‑甲基吡咯烷酮溶剂之中，用真空行星搅拌机充分搅拌均匀以得到复合正极浆料；步骤五：用涂布机将复合正极浆料涂布在厚度为15‑17μm的导电涂层铝箔上，涂布速度为500‑800mm/min，涂布厚度为160‑200μm，收卷后的极片再在100‑110℃的真空烘烤箱中进行干燥，干燥时间为12‑24h，对极片进行辊压，压实密度控制在3‑3.4mg/cm3，最后分切得到复合正极片。

【技术特征摘要】
1.一种富含富锂锰基的复合正极片的制备方法，其特征在于：此制备方法包括如下步骤：步骤一：将2-5质量份的有机碳源溶解在去离子水中；步骤二：将100质量份的富锂锰基与溶解好的碳源溶液加入到水热反应釜中，加热温度为120-180℃，加热4-12h；步骤三：取出降温后的混合溶液抽滤，将抽滤后的粉体在70-90℃干燥4-12h；步骤四：取80-90质量份的包覆了有机碳源的富锂锰基粉体，1-5质量份的导电剂，2-5质量份的粘结剂，2-15质量份的快离子导体以及3-10质量份的锂盐混合均匀后分散在N-甲基吡咯烷酮溶剂之中，用真空行星搅拌机充分搅拌均匀以得到复合正极浆料；步骤五：用涂布机将复合正极浆料涂布在厚度为15-17μm的导电涂层铝箔上，涂布速度为500-800mm/min，涂布厚度为160-200μm，收卷后的极片再在100-110℃的真空烘烤箱中进行干燥，干燥时间为12-24h，对极片进行辊压，压实密度控制在3-3.4mg/cm3，最后分切得到复合正极片。2.根据权利要求1所述的一种富含富锂锰基的复合正极片的制备方法，其特征在于：所述有机碳源包括葡萄糖，蔗糖...

【专利技术属性】
技术研发人员：李峥，冯玉川，何泓材，李培养，杨帆，南策文，
申请(专利权)人：清陶昆山新能源材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32