一种高电压锂离子电池正极片及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种高电压锂离子电池正极极片及其制备方法，其中：正极极片的正极活性材料层包括如下质量百分比含量的组分：正极活性材料97.4％～98.89％；粘结剂1.0％～2.0％；MWCNT0.1％～0.5％；SWCNT0.01％～0.1％。本发明专利技术还提供上述正极极片的制备方法。本发明专利技术提供的高电压锂离子电池正极极片在高电压单晶正极材料的选择上采用SWCNT/MWCNT导电剂复合使用，相比于纯用MWCNT导电剂，能有效提高电芯的循环性能和倍率性能，在保证性能的前提下，还能进一步提升电芯的能量密度。

【技术实现步骤摘要】
一种高电压锂离子电池正极片及其制备方法
本专利技术涉及一种高电压锂离子电池正极片及制备方法，属于锂离子电池
技术背景锂离子电池发展的主要方向在于高能量密度、高功率和高安全性，而提升能量密度的关键在于正负极材料的发展。对于三元正极材料来说，高电压是提升能量密度的主要路径之一，以三元为例，电压从4.2V开始，每提高0.1V，克容量大约提高10-15mAh/g不等，同时，单晶的高电压正极还拥有更大的极限压实，这对电芯能量密度的提升至关重要。然而，高电压三元材料的使用同时也上面临着诸多的问题，例如高电压下电解液分解、高温下副反应严重等，但这些问题主要可以从电解液角度去改善。除上述问题外，高电压三元材料一般为单晶形貌，极片理论及实际应用压实密度基本上在3.5g/cm3以上，这么高的压实下，虽然正极颗粒不受破坏，但极片的孔隙率低，吸液能力变差，导致循环后期衰减较快。另一方面，单晶颗粒一般倍率性能较差，应用上不能同时满足高能量密度、高功率等目标要求。在锂离子电池的能量密度提升上，导电剂也扮演着至关重要的角色。目前市面上应用最广泛的为炭黑导电剂(以下简称SP)、石墨导电剂(以下简称KS)两种导电剂，但是其具有三个明显缺陷：1)SP、KS导电性相对较差，因此需要在正极浆料中占据较大的比重，同时需要消耗更多的导电剂，导致活性物质比重小，不利于提升电池能量的密度；2)SP、KS为颗粒状和球状，容易因长期循环过程中活性物质的体积膨胀而导致与活性物质脱离，使得导电性能失效，导致循环性能较差；3)SP、KS的吸油值偏低，导致高压实极片孔隙率较低的情况下极片的饱液能力较差。在新型导电剂研究上，碳纳米管(以下简称CNT)已成为了主要方向之一，相对于传统的导电剂具有以下明显的优势：1)CNT不仅具有良好的电子导电性，同时还拥有优异的离子导电性(比表面大、吸油值高)，使极片在高压实下也能保证良好的吸液饱液能力，同时添加量较少，有利于提高电池的能量密度；2)CNT具有双电层效应，一维纳米管状导电剂具有较大的长径比特征，有利于形成导电网络，这些均能极大的提高电池的倍率性能；3)CNT拥于优异的导热性能，有利于电池的散热，能提高电池的安全性能；4)一维纳米管状导电剂能够减小充放电过程中极片膨胀收缩对电池性能造成的负面影响，从而提高电池的循环性能；CNT可以分为单壁碳纳米管(以下简称SWCNT)和多壁碳纳米管(以下简称MWCNT)，而目前市面上应用的主要为MWCNT，虽然相对于传统的SP/KS导电剂而言，MWCNT用于动力电池上，对电池循环性及电池容量的提升更为明显，用量也会更少，但其由于长径比较小，不利于构成优异的线性导电网络通道，因此在高倍率下倍率性能相对较差。单晶高电压材料在高压实下极片的孔隙率低，吸液能力变差，导致循环后期衰减较快，同时单晶材料相对于二次团聚颗粒材料而言倍率性能较差，应用上不能同时满足高能量密度、高功率等目标要求。由于CNT导电剂的吸油值大(增强极片的吸液饱液能力)，电子导电性优异，能够形成优异的导电网络通道，因此采用CNT作为单晶高电压材料的导电剂相比于传统的SP/KS导电剂具有明显的优势。本专利技术拟采用CNT作为导电剂可一定程度上改善上述问题，但考虑到MWCNT长度较短，仅包覆在活性物质颗粒表面，不利于构成优异的线性导电网络通道，因此导电效果相对较差。为了解决此问题，本专利技术拟引入SWCNT，采用MWCNT/SWCNT掺混的导电剂方案。由于SWCNT长径比很大，可以广泛分布在各个活性物质颗粒之间，与分布在颗粒表面的MWCNT形成网络节点，构成优异的导电网络通道，不仅有效改善了单晶高电压材料存在的上述问题，还能在纯用MWCNT导电剂的基础上进一步提高电芯的能量密度。CN108155358A公开一种锂离子电池用镍钴锰酸锂正极复合材料的制备方法，包括：将单壁碳纳米管、表面活性剂和LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料在分散介质中球磨混合后，烘干，得到前驱体；将所述前驱体置于惰性气体气氛中焙烧，得到单壁碳纳米管复合的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极复合材料。本对比文件公开的方案中也采用了单壁碳纳米管作为正极活性材料。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种高电压锂离子电池正极极片及其制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：提供一种高电压锂离子电池正极极片，包括：正极集流体和分别设置在正极集流体正、反两面的第一正极活性材料层、第二正极活性材料层，第一正极活性材料层、第二正极活性材料层均包括如下质量百分比含量的组分：进一步地，所述第一正极活性材料层或第二正极活性材料层的单面厚度为40-80um，极片压实密度为3.4-3.8g/cm3。进一步地，所述正极集流体为铝箔或者涂碳铝箔。进一步地，所述正极材料为单晶镍钴锰酸锂、单晶镍钴铝酸锂和钴酸锂中的至少一种。进一步地，SWCNT：MWCNT的质量比为(0.1～0.5)：1。进一步地，SWCNT的长度为5μm～10μm。进一步地，所述MWCNT的长度为1μm～2μm。进一步地，所述粘结剂为聚偏氟乙烯(以下简称PVDF)、羧甲基纤维素(以下简称CMC)和丁苯橡胶中的至少一种。本专利技术还提供上述高电压锂离子电池正极极片的制备方法，包括如下步骤：S1、浆料配制按照如下质量百分比含量称取各组分原料：S11、将粘结剂和N-甲基吡咯烷酮(以下简称NMP)溶剂混合进行第一混合处理，得第一混合物料；S12、将WMCNT和SWCNT加入第一混合物料中进行第二混合处理，得第二混合物料；S13、将正极材料加入第二混合物料中进行第三混合处理，得第四混合物料；S14、将所述第四混合物料调节粘度，得锂离子电池正极浆料；S2、涂布辊压将步骤S1中配制的正极浆料涂布在正极集流体的正、反两面，并进行辊压处理，即得高电压锂离子电池正极极片。进一步地，上述步骤S1的合浆过程在5L的合浆罐中进行。进一步地，第一混合处理的公转速度为40-50rpm，自转速度为2500-3500rpm，时间为180-300min。进一步地，第二混合处理的公转速度为45-55rpm，自转速度为2500-3500rpm，时间为90-150min。进一步地，第三混合处理的公转速度为40-50rpm，自转速度为2500-3500rpm，时间为150-210min。进一步地，第四混合物料的调节粘度过程中，公转速度为30-40rpm，自转速度为2000-3000rpm，时间为20-40min，最终粘度范围为6000mPa·s～10000mPa·s。进一步地，步骤S2的涂布过程在挤压涂布机或者转移涂布机上进行，涂布单面(正面/反面)净面密度为180-220g/cm2。进一步地，步骤S2的辊压过程在单传动辊压机或双传动辊压机中进行，辊压压强为8-10MPa。本专利技术的有益效果：本专利技术提供的高电压锂离子电池正极极片在高电压单晶正极材料的选择上采用SWCNT/MWCNT导电剂复合使用，相比于纯用MWCNT导电剂，能有效提高电芯的循环性能和倍率性能，在保证性能的前提下，还能进一步提升电芯的能量密度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高电压锂离子电池正极极片，其特征在于，包括：正极集流体和分别设置在正极集流体正、反两面的第一正极活性材料层、第二正极活性材料层，第一正极活性材料层、第二正极活性材料层均包括如下质量百分比含量的组分：

【技术特征摘要】
1.一种高电压锂离子电池正极极片，其特征在于，包括：正极集流体和分别设置在正极集流体正、反两面的第一正极活性材料层、第二正极活性材料层，第一正极活性材料层、第二正极活性材料层均包括如下质量百分比含量的组分：2.根据权利要求1所述的所述一种高电压锂离子电池正极极片，其特征在于，所述第一正极活性材料层或第二正极活性材料层的单面厚度为40-80um，极片压实密度为3.4-3.8g/cm3。3.根据权利要求1或2所述的所述一种高电压锂离子电池正极极片，其特征在于，所述正极材料为单晶镍钴锰酸锂、单晶镍钴铝酸锂和钴酸锂中的至少一种。4.根据权利要求1或2所述的所述一种高电压锂离子电池正极极片，其特征在于，SWCNT：MWCNT的质量比为(0.1～0.5)：1。5.根据权利要求1或2所述的所述一种高电压锂离子电池正极极片，其特征在于，SWCNT的长度为5μm～10μm；MWCNT的长度为1μm～2μm。6.根据权利要求1或2所述的所述一种高电压锂离子电池正极极片，其特征在于，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素、丁苯橡胶中的至少一种。7.一种高电压锂离子电池正极极片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、浆料配制S11、按照如下质量百分比含量称取各组分原料：S12、将粘结剂和N-甲基吡咯烷酮溶剂混合进行第一混合处理，得第一混合物料；S13、将WMCNT和SWCNT加入第一混合物料中进行第二混合处...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖君林，石谦，齐士博，陈小平，
申请(专利权)人：桑顿新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43