长循环锂离子电池及其复合正极活性材料、正极材料、正极浆料和正极制造技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种长循环锂离子电池复合正极活性材料，其包括正极活性物质和正极添加剂；所述的正极添加剂为级配石墨炔；其中包括石墨炔A、石墨炔B、石墨炔C中的两种及以上。本发明专利技术还提供了一种包含所述复合正极活性材料的正极材料、正极浆料、正极以及锂离子电池。本发明专利技术通过所述的级配石墨炔混合物的使用，能够有利于锂离子在面内和面外的扩散和传输，能显著增加锂离子电池的循环性能。

Long cycle lithium ion battery and its composite positive active material, positive material, positive paste and positive electrode

【技术实现步骤摘要】
长循环锂离子电池及其复合正极活性材料、正极材料、正极浆料和正极
本专利技术涉及一种锂离子电池电池材料
，具体涉及锂离子电池正极材料。
技术介绍
放电电压大、能量密度高的锂离子电池的出现，极大促进了手机和笔记本电脑等电器的小型化和轻量化。近几年，锂离子电池生产量逐年增加，成为电子装置电源的主流，并逐步向大功率系统如电动汽车，国防工业，高效蓄能系统及卫星等领域拓展。在研究开发新的大容量、高能量密度的可充电电池的同时，具有长循环性能的锂离子电池研究开发也变得越来越重要。目前，数码类锂离子电池的循环寿命大约在300-500周，而动力型锂离子电池的循环寿命也在2000-3000周不等，不可预见的电池容量损失及有限的循环寿命对电池将产生巨大的影响，为此国内外的研究人员对锂离子电池循环寿命展开了深入的研究，以满足锂离子电池在各个领域中的实际应用。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术旨在提供一种长循环锂离子电池的复合正极活性材料，旨在创新地正极添加剂的使用，显著改善锂离子电池的长循环效果。本专利技术第二目的在于，提供一种包含所述复合正极活性材料的正极材料。本专利技术第三目的在于，提供一种包含所述正极材料的正极浆料。本专利技术第四目的在于，提供一种包含所述正极材料的正极。本专利技术第五目的在于，提供一种包含所述正极的锂离子电池。一种长循环锂离子电池复合正极活性材料，包括正极活性物质和正极添加剂；所述的正极添加剂为级配石墨炔；其中包括石墨炔A、石墨炔B、石墨炔C中的两种及以上；其中，石墨炔A的D50粒径为1-30nm；石墨炔B的D50粒径为31-100nm；石墨炔C的D50粒径为101-300nm。本专利技术创新地发现，在锂离子电池的正极材料中添加所述级配方式的石墨炔，能够出人意料地显著改善锂离子的电学性能，可以是锂离子电池的循环次数提升至5000次以上。本专利技术研究发现，所述的特殊粒径的级配方式是实现其在锂离子电池的长循环方面具有良好效果的关键。进一步优选，石墨炔A的D50粒径为5-25nm；石墨炔B的D50粒径为50-90nm；石墨炔C的D50粒径为120-200nm。作为优选，所述的级配石墨炔中，至少包含石墨炔A，选择性包含石墨炔B和/或石墨炔C。作为优选，所述的级配石墨炔中，石墨炔A的重量份为1～10份；石墨炔B的重量份低于或等于20份；石墨炔C的重量份低于或等于10份。研究还发现，在所述的级配粒径的控制的基础上，进一步控制级配方式以及级配的比例，有助于进一步改善锂离子电池的长效循环性能。作为优选，所述的级配石墨炔中，包含石墨炔A和石墨炔B；且石墨炔A的重量份为1～3份；石墨炔B的重量份为4～5份。优选地，所述的级配石墨炔中，包含石墨炔A、石墨炔B和石墨炔C；且石墨炔A的重量份为1～3份；石墨炔B的重量份为4～17份；石墨炔C的重量份为3～5份。作为优选，所述的正极活性材料为钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂中的一种或多种。优选地，镍钴锰酸锂为LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2中的一种或几种。研究发现，控制正极添加剂的含量，有助于进一步改善锂离子电池的长循环性能。作为优选，复合正极活性材料中，正极活性物质的重量份为80～99份，优选为94～96份；正极添加剂的重量份为0.5～10份，优选为0.5～2.5份。本专利技术还提供了长循环锂离子电池正极材料，包括所述的复合正极活性材料，还包含粘接剂和导电剂。所述的所述粘接剂均可采用行业内技术人员所能获知的具有粘结作用的物质，优选为聚偏氟乙烯PVDF。作为优选，所述导电剂可采用行业内技术人员所能获知的具有导电作用的物质，优选为SP、KS-6、SFG-6、CNT中的一种或多种。优选地，粘接剂的含量为1～6wt.％，优选为2～4wt.％；导电剂的含量为0.5～4wt.％，优选为1.5～2.5wt.％；余量为所述的复合正极活性材料。本方还提供了一种长循环锂离子电池正极浆料，包含所述的正极材料和溶剂。优选地，所述的溶剂可采用行业内所能获知的具有浆化所述正极材料的溶剂，优选为NMP。优选地，所述的正极浆料的固含量为55％～85％，粘度为3000～9000mPa·s。实验发现，当浆料的固含量为55％～85％，粘度为3000～9000mPa·s时，浆料更适于提高涂布工序的质量水平。所述优选的长循环锂离子电池正极浆料，包含正极活性物质、粘结剂、导电剂、溶剂和正极添加剂，所述正极添加剂为石墨炔，所述正极活性物质为钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂中的一种或多种；所述粘接剂为聚偏氟乙烯PVDF；所述导电剂为SP、KS-6、SFG-6、CNT中的一种或多种，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。所述正极活性物质、粘结剂、导电剂和添加剂的质量比为(80～99)：(1.0～6.0)：(0.5～4.0)：(0.5～10.0)。一种制备如上所述的长循环锂离子电池正极浆料的方法，按以下步骤进行：按比例称取好正极活性物质、粘结剂、导电剂、添加剂和溶剂，将粘结剂溶解于占有机溶剂所需总量50％～95％的溶剂中，并开启搅拌装置的循环水系统，，之后加入导电剂、添加剂进行搅拌，并经多次反复搅拌——刮料，然后加入正极活性物质搅拌——刮料，最后加入剩余的溶剂搅拌至正极浆料的固含量和粘度达到标准。本专利技术还提供了一种所述的长循环锂离子电池正极，其包含集流体以及复合在所述集流体表面的所述的正极材料。所述的集流体可以为行业内所能获知的任意导电基底，例如，金属基底、多孔碳材料等。本专利技术还提供了一种长循环锂离子电池，其以所述的正极为正极。与现在技术相比，本专利技术有以下的优点：1、将石墨炔作为添加剂，添加在锂离子正极材料中，其能够改善锂离子电池的长效循环效果。2、通过所述的级配石墨，利用不同形貌的石墨炔材料混搭一起，构筑了一种协同作用三维空间结构，所述的石墨炔A为粒径在1～30nm的小颗粒纳米级面状碳材料，所述的石墨炔B为粒径在31～100nm的中颗粒纳米级面状碳材料，所述的石墨炔C为粒径在101～300nm的大颗粒纳米级面状碳材料。三种大小不同的材料级配混合在一起，相互进行协同作用，增加了正极材料的电子电导率和储锂位点，并且其独特的结构有利于锂离子在面内和面外的扩散和传输，从而使制备出来的电池具有非常优越的循环稳定性。能够使添加后的锂离子电池材料的长效循环圈数提升至5000圈以上。附图说明附图1为实施例1～5以及对比例1～5的循环寿命曲线组合图；附图2分别为实施例1～5以及对比例1～5的循环寿命曲线图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。本领域技术人员应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种长循环锂离子电池复合正极活性材料，其特征在于，包括正极活性物质和正极添加剂；/n所述的正极添加剂为级配石墨炔；其中包括石墨炔A、石墨炔B、石墨炔C中的两种及以上；/n其中，石墨炔A的D50粒径为1-30nm；石墨炔B的D50粒径为31-100nm；石墨炔C的D50粒径为101-300nm。/n

【技术特征摘要】
1.一种长循环锂离子电池复合正极活性材料，其特征在于，包括正极活性物质和正极添加剂；
所述的正极添加剂为级配石墨炔；其中包括石墨炔A、石墨炔B、石墨炔C中的两种及以上；
其中，石墨炔A的D50粒径为1-30nm；石墨炔B的D50粒径为31-100nm；石墨炔C的D50粒径为101-300nm。


2.如权利要求1所述的长循环锂离子电池复合正极活性材料，其特征在于，石墨炔A的D50粒径为5-25nm；石墨炔B的D50粒径为50-90nm；石墨炔C的D50粒径为120-200nm。


3.如权利要求1所述的长循环锂离子电池复合正极活性材料，其特征在于，所述的级配石墨炔中，至少包含石墨炔A，选择性包含石墨炔B和/或石墨炔C；
优选地，石墨炔A的重量份为1～10份；石墨炔B的重量份低于或等于20份；石墨炔C的重量份低于或等于10份；
优选地，所述的级配石墨炔中，包含石墨炔A和石墨炔B；且石墨炔A的重量份为1～3份；石墨炔B的重量份为4～5份；
优选地，所述的级配石墨炔中，包含石墨炔A、石墨炔B和石墨炔C；且石墨炔A的重量份为1～3份；石墨炔B的重量份为4～17份；石墨炔C的重量份为3～5份。


4.如权利要求1所述的长循环锂离子电池复合正极活性材料，其特征在于，所述的正极活性材料为钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂中的一种或多种；
优选地，镍钴锰酸锂为LiNi1/3Co...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍文，罗青，彭微微，邹克勤，
申请(专利权)人：湖南丰源业翔晶科新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43