一种制备锂离子电池复合正极的方法技术

本申请提供了一种制备用于锂离子电池的复合正极的方法，包括以下步骤：(i)通过混合活性材料、导电稀释剂和粘合剂，在行星式混合机中形成正极浆料；(ii)在涂覆机中以0.2

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种制备锂离子电池复合正极的方法


[0001]本专利技术涉及一种制备复合正极的方法。具体地，本专利技术涉及一种制备具有优异剥离强度、比容量和容量保持率的锂离子电池复合正极的方法。

技术介绍

[0002]近年来，锂离子电池作为各种应用的电源获得了相当大的关注。手机、相机、笔记本电脑以及军事、飞机、太空和电动汽车等高科技应用。
[0003]通常，锂离子电池的主要成分包括正极、负极和电解液。锂离子电池的性能受所用电极特性的影响，而电极特性又取决于所用材料的类型、电极成分和电极加工技术。
[0004]大量锂化金属氧化物和磷酸盐已被用作锂离子电池正极的活性材料。锂离子电池中使用的正极材料应具有高比容量、良好的循环性能、倍率性能和安全特性。在某些情况下，如在卫星应用中，要求材料应表现出倾斜的放电曲线而不是平坦的放电曲线，以便可以通过检查电池电压来预测任何时间点的荷电状态。
[0005]已经进行了大量研究以开发用于具有特定性能的锂离子电池的正极材料、电极组合物及其采用的方法。US5,672,446专利公开了电化学电池，其中，锂包含锂化钴氧化物、锂化锰氧化物、锂化镍氧化物、Li
x
Ni1‑
y
Co
y
O2，其中，x优选为约1且y优选为0.1
‑
0.9、LiNiVO4或LiCoVO4。
[0006]有利的是提供一种有效的方法来制备具有理想正极特性如负载水平、厚度、水分含量和剥离强度的复合正极以实现良好的比容量和容量保持率的有效方法以及用于制备相同正极的系统。
[0007]专利技术目的
[0008]本专利技术的目的是提供一种制备用于锂电池复合正极的方法，包括以下步骤：(i)在行星式混合机中通过混合活性材料、导电稀释剂和粘合剂形成正极浆料；(ii)在涂覆区以0.2
‑
0.8m/min的速度将浆料涂覆在铝箔基板上；以及(iii)在压延机中，50
‑
150℃温度下压延正极，以获得具有优异正极性能的锂离子电池，用于各种应用，包括电动汽车、运载火箭、卫星、潜艇及飞机等。
具体实施方式
[0009]出于以下详细描述的目的，应当理解，本专利技术可以假设各种替代变形和步骤顺序，除非明确指出相反。此外，除了在任何操作实施例中，或者在另外指明的情况下，所有数字表示，例如，说明书中使用的原料的量的应理解为在所有情况下都被术语“约”修饰。注意，除非另有说明，本说明书和所附权利要求中给出的所有百分比均指总组合物的重量百分比。
[0010]因此，在详细描述本专利技术之前，应当理解，本专利技术不限于特定的示例系统或方法参数，当然，这些系统或方法参数可以变化。还应理解，本文中使用的术语仅用于描述本专利技术的特定实施例的目的，并不旨在以任何方式限制本专利技术的范围。
[0011]本说明书中任何地方的示例的使用，包括本文讨论的任何术语的示例，仅是说明性的，决不限制本专利技术或任何示例性术语的范围和含义。同样，本专利技术不限于本说明书中给出的各种实施例。
[0012]除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语与本专利技术所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。在发生冲突的情况下，以本文件(包括定义)为准。
[0013]必须注意的是，在本说明书和所附权利要求书中使用的单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“该/所述”包括复数形式，除非内容另有明确规定。因此，例如，提及“聚合物”可以包括两种或更多种这样的聚合物。
[0014]术语“优选”和“优选地”是指在某些情况下可以提供特定益处的本专利技术的实施例。然而，在相同或其他情况下，其他实施例也可能是优选的。此外，一个或多个优选实施例的叙述并不意味着其他实施例没有用，且不旨在将其他实施例排除在本专利技术的范围之外。
[0015]如本文所用，术语“包括”、“包含”、“具有”、含有”、“涉及”等应理解为是开放式的，即意味着包括但不限于。
[0016]一方面，本申请提供了一种制备锂离子电池复合正极的方法，包括以下步骤：
[0017]i.在行星式混合机中通过混合活性材料、导电稀释剂和粘合剂形成正极浆料；
[0018]ii.在涂覆区以0.2
‑
0.8m/min的速度将浆料涂覆在铝箔基板上；以及
[0019]iii.在压延机中，50
‑
150℃温度下压延正极。
[0020]在一个实施例中，在溶剂的存在下，在行星式混合机中通过混合活性材料、导电稀释剂和粘合剂形成正极浆料。
[0021]在一个实施例中，活性材料选自LiCoO2、LiNi
x
Co
y
Al
z
O2及LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2等。在一个优选实施例中，活性材料是LiNi
x
Co
y
Al
z
O2。
[0022]在一个实施例中，导电稀释剂选自乙炔黑、石墨、碳纳米管等或及其组合。在一个优选的实施方案中，乙炔黑和石墨的混合物用作导电稀释剂。
[0023]乙炔黑单独作为锂离子电池正极的导电剂被广泛应用。它是一种高体积粒子，平均粒径从几十纳米到几百纳米。正因为如此，乙炔黑与活性材料的接触几乎不会变成面接触，而往往是点接触。因此，活性材料和导电添加剂之间的接触电阻很高。进一步地，如果增加导电添加剂的用量，以增加活性材料与导电添加剂之间的接触点，则电极中活性材料的用量比例降低，导致电池的放电容量降低。为了避免现有技术中存在的这个缺点，根据本公开，使用乙炔黑和石墨的混合物作为导电剂。这通过增加正极的比容量实现了组分的均匀分布和理想的正极特性。
[0024]在一个实施例中，该粘合剂选自聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚(偏二氟乙烯
‑
共
‑
六氟丙烯)等。在一个具体实施例中，该粘合剂是聚偏二氟乙烯。该粘合剂在电极中的组分材料之间提供良好的粘附力以及将组分材料粘合到基板上。该粘合剂应该与电池中使用的材料相容，并应该在电池的工作电压窗口中表现出电化学稳定性。
[0025]在一个实施例中，该溶剂选自1
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮(NMP)、二甲基乙酰胺(DMAC)、二甲基甲酰胺(DMF)等。在一个优选实施例中，该溶剂为1
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮。
[0026]该方法包括先将原料干燥，然后再混入行星式混合机中。正极中的水分含量是影响锂离子电池效率、可逆容量和循环寿命的重要因素。正极的水分含量对于像LiNi
x
Co
y
Al
z
O2这样的水分敏感的材料变得非常重要。因此，用于制备正极浆料的原料在混
合前要进行干燥以去除水分。
[0027]除PVDF外的粉末材料在600
‑
700mm Hg的真空中，150
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制备锂离子电池复合正极的方法，包括以下步骤：i.在行星式混合机中通过混合活性材料、导电稀释剂和粘合剂形成正极浆料；ii.在涂覆区以0.2
‑
0.8m/min的速度将浆料涂覆在铝箔基板上；以及iii.在压延机中，50
‑
150℃温度下压延正极。2.如权利要求1所述的方法，包括在所述行星式混合机中混合之前干燥所述原料。3.如权利要求1所述的方法，其中，步骤(i)在溶剂存在下进行。4.如权利要求1所述的方法，其中，所述活性材料选自由LiCoO2、LiNi
x
Co
y
Al
z
O2及LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2组成的组。5.如权利要求1所述的方法，其中，所述导电稀释剂选自乙炔黑或/和石墨。6.如权利要求1所述的方法，其中，所述导电稀释剂为乙炔黑与石墨的组合。7.如权利要求1所述的方法，其中，所述粘合剂选自由聚偏二氟乙烯(PVDF)及聚(偏二氟乙烯
‑
共
‑
六氟丙烯)组成的组。8.如权利要求1所述的方法，其中，所述溶剂选自由1
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮(NMP)、二甲基乙酰胺(DMAC)、二甲基甲酰胺(DMF)组成的组。9.如权利要求1所述的方法，其中，基于所述正极浆料的总重量，所述活性材料的量在47
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：阿拉瓦穆坦，
申请(专利权)人：印度空间研究组织，
类型：发明
国别省市：