一种正极极片的制备方法及包含其的锂离子电池技术

本发明专利技术涉及一种正极极片的制备方法及包含其的锂离子电池，正极极片包括富锂添加剂、锂离子电池正极材料、导电剂和粘结剂，先将富锂添加剂与锂离子电池正极材料充分混合后与导电剂及粘结剂一同加入至溶剂中，最后涂膜烘干辊压即可，所述富锂添加剂含有能够脱嵌出锂离子的含锂化合物，含锂化合物能够脱嵌出更多的锂离子，补充负极形成SEI膜损失的Li

A preparation method of positive plate and lithium ion battery containing it

【技术实现步骤摘要】
一种正极极片的制备方法及包含其的锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池制备
，具体涉及一种正极极片的制备方法及包含其的锂离子电池。
技术介绍
随着新能源产业的发展，目前在电池领域，锂离子电池作为绿色、环保的新能源电池已经越来越多地出现在人们的生活中。锂离子电池具有能量密度高、体积小、重量轻、充放电速度快、没有记忆效应等优点。随着全球经济的快速发展，化石能源等不可再生能源不断消耗、空气污染和全球变暖等环境问题日益严重，使得人们对高效、清洁、可持续能源的需求日益增加。但是可再生能源必须要借助于高效的能量转换和存储技术才能被有效的利用起来。锂离子电池以其工作电压高、能量密度大、充放电寿命长、自放电小、无记忆效应和环境友好等突出优点，近年来受到了广泛关注并成为了研究的热点。目前，锂离子电池已被广泛用作小型便携电子设备的电源，未来将有望大规模应用于各个领域，缓解全球的能源和环境问题。电极材料是制约锂离子电池性能的关键因素之一，尤其是正极材料，在锂离子电池成本构成中占的比重最高(约为30-40％)，已成为进一步提高锂离子电池性能的关键，现有技术中的锂离子电池正极材料克容量较低，而且脱嵌出的锂离子在化成的时候因为要形成固态电解质界面层(Solidelectrolyteinterface,SEI)还要消耗掉一部分，在充放电过程中游离态的Li+也会不停地沉积下来而失去活性，严重影响锂离子电池的充放电性能及循环寿命。因此，如何提供一种克容量高的锂离子电池正极极片及性能优异的锂离子电池是本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种正极极片的制备方法包含其的锂离子电池，本专利技术制备的电池具有更大的比能量以及更长的循环寿命。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：首先，本专利技术提供了一种富锂正极极片的制备方法，包括以下步骤：(1)将富锂添加剂颗粒与锂离子电池正极活性材料充分搅拌混合，得到干粉混合物；(2)将所述步骤(1)制得的混合物与导电剂、粘结剂依次加入至溶剂中，混合并搅拌均匀，得到混合浆液；(3)将所述步骤(2)制得的混合浆液均匀涂覆于铝箔集流体上，在60-90℃的条件下烘干，烘干至溶剂完全挥发，其中烘干时间为20-80s；烘干完成后辊压，即得正极极片。上述技术方案的有益效果是：提供了一种正极极片的制备方法，通过富锂添加剂颗粒的加入，有效提高了正极材料的克容量，工艺简便且易于操作。优选的，步骤(1)所述富锂添加剂为首次能脱嵌出>200mAh/g锂离子的富锂材料，且粒径≤20μm。采用上述技术方案的有益效果：高脱嵌量的富锂添加剂的加入有效提高了正极材料的克容量，可延长电池的充放电寿命，并且粒径≤20μm，便于富锂添加剂和正极活性材料、导电剂等其余材料的均匀混合。优选的，步骤(1)中所述富锂添加剂为层状富锂材料xLi2MnO3·(1-x)LiMO2、富锂材料Li1.17Ni0.25Mn0.58O2、富锂反萤石结构的Li5FeO4中任意一种或几种的混合物，其中，xLi2MnO3·(1-x)LiMO2中的0<x<1，M为Ni、Co、Mn中任意一种，优选为富锂反萤石结构的Li5FeO4。采用上述技术方案的有益效果：上述含锂化合物能够脱嵌出更多的Li+，参与形成SEI层(固态电解质界面层)，减少了正极活性物质中Li+的消耗，从而能够保证有更多的Li+参与嵌入和脱出，因而可以提高锂电池首次充放电效率以及延长锂电池的充放电循环寿命，而富锂反萤石结构的Li5FeO4能够脱嵌出的Li+最多，理论容量可达到700mAh/g，层状富锂材料xLi2MnO3·(1-x)LiMO2和富锂材料Li1.17Ni0.25Mn0.58O2，理论容量为200-300mAh/g。进一步的，步骤(1)中所述富锂添加剂优选方案是以Li5FeO4为主要原料，且Li5FeO4质量占总富锂添加剂质量的70％以上，以xLi2MnO3·(1-x)LiMO2和Li1.17Ni0.25Mn0.58O2为辅，且两者质量配比1:1。优选的，步骤(1)中所述锂离子电池正极活性材料为LiNixCoyMnzO2(x+y+z＝1)、LiCoO2、尖晶石相LiMn2O4、LiFePO4中任意一种或者几种的混合物，其中LiNixCoyMnzO2中的x+y+z＝1；进一步的，步骤(1)中所述锂离子电池正极活性材料优选为LiFePO4。采用上述技术方案的有益效果：上述含锂化合物能够脱嵌出更多的Li+，且以上正极材料都是目前主流技术采用的常见材料，技术稳定、工艺成熟、生产设备配套方便。优选的，步骤(2)中所述导电剂为导电石墨、乙炔黑、碳纳米管、石墨烯中任意一种或几种的混合物；进一步，步骤(2)中所述导电剂优选方案为以碳纳米管为主，质量占总导电剂的50％以上，导电石墨、乙炔黑、石墨烯为辅，三者质量配比为1:1:1。采用上述技术方案的有益效果：上述导电剂是目前主流技术常常采用的，技术稳定、工艺成熟、生产设备配套方便。优选的，步骤(2)中所述粘结剂为聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯-全氟丙烯中的一种或两种的混合物；进一步，步骤(2)中所述粘结剂优选为聚偏二氟乙烯和聚偏二氟乙烯-全氟丙烯的混合物，两者的质量配比为1：1。采用上述技术方案的有益效果：在锂电池的有机电解液中能保持化学稳定性；以及在充放电过程中保持电化学稳定性；同时有较好的粘结性且没有污染，供应方便。优选的，步骤(2)中所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮或去离子水。采用上述技术方案的有益效果：能够溶解上述粘结剂且与上述配方中的所有成分都不产生化学反应；重要的是没有污染，方便回收。优选的，所述富锂添加剂、锂离子电池正极活性材料、导电剂、粘结剂与溶剂的质量比为(1-15)：90：1：1：(80-100)。采用上述技术方案的有益效果：锂离子电池正极活性材料、导电剂、粘结剂与溶剂为最佳比例，通过掺杂一定比例的富锂添加剂，提升正极材料的克容量，进而提升锂离子电池的循环寿命。优选的，步骤(3)中所述烘干完成后溶剂剩余质量比≤0.001％。本专利技术还提供了一种锂离子电池，包括上述技术方案所述的正极极片；还包括：负极极片、电解质和外壳，所述锂离子电池化成时充电电压>4.0V，并且所述锂离子电池的比能量≥280Wh/kg，循环寿命≥5000次。通过采用上述技术方案，本专利技术具有以下技术效果：化成时采用较高电压，可以使富锂添加剂脱嵌出更多Li+，从而有效达到提高正极克容量、延长电池寿命的目的。优选的，所述负极极片的负极活性材料为石墨、硬碳、中间相碳微球、硅碳中任意一种或几种的混合物；所述电解质为有机电解液或聚合物电解质。综上所述，与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：通过在正极材料中掺杂富锂添加剂，使正极材料可脱嵌出更多的锂离子，提升正极克容量及电池中的游离锂离子，使电池的首次充放电效率从90％提高到95％，电池比能量提升7-15％，电池循环寿命延长30-50％，且制备工艺简便易操控，原料来源易得，具有较高的生产应用价值。具体实施方式下面对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正极极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将富锂添加剂颗粒与锂离子电池正极活性材料充分搅拌混合，得到干粉混合物；(2)将所述步骤(1)制得的混合物与导电剂、粘结剂依次加入至溶剂中，混合并搅拌均匀，得到混合浆液；(3)将所述步骤(2)制得的混合浆液均匀涂覆于铝箔集流体上，在60‑90℃的条件下烘干，烘干至溶剂完全挥发，其中烘干时间为20‑80s；烘干完成后辊压，即得正极极片。

【技术特征摘要】
1.一种正极极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将富锂添加剂颗粒与锂离子电池正极活性材料充分搅拌混合，得到干粉混合物；(2)将所述步骤(1)制得的混合物与导电剂、粘结剂依次加入至溶剂中，混合并搅拌均匀，得到混合浆液；(3)将所述步骤(2)制得的混合浆液均匀涂覆于铝箔集流体上，在60-90℃的条件下烘干，烘干至溶剂完全挥发，其中烘干时间为20-80s；烘干完成后辊压，即得正极极片。2.根据权利要求1所述的一种正极极片的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述富锂添加剂为首次能脱嵌出>200mAh/g锂离子的富锂材料，且粒径≤20μm。3.根据权利要求2所述的一种正极极片的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述富锂添加剂为层状富锂材料xLi2MnO3·(1-x)LiMO2、富锂材料Li1.17Ni0.25Mn0.58O2、富锂反萤石结构的Li5FeO4中任意一种或几种的混合物，其中，xLi2MnO3·(1-x)LiMO2中的0<x<1，M为Ni、Co、Mn中任意一种。4.根据权利要求1所述的一种正极极片的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述锂离子电池正极活性材料为LiNixCoyMnzO2(x+y+z＝1)、LiCoO2、尖晶石相Li...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜洪彦，曹友，陈星宇，桂怀龙，赵海刚，赖见，
申请(专利权)人：北京中能东道绿驰科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11