锂电池层状正极极片、制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种锂电池层状正极极片、制备方法和应用，涉及锂电池技术领域。本发明专利技术的锂电池层状正极极片在制备方法包括以下步骤：匀浆：将正极活性材料、导电剂、粘结剂、醇盐和有机溶剂混合均匀，得到浆料；所述正极活性材料为具有层状结构的过渡金属锂氧化物；涂布：将所述浆料均匀涂布于基材的表面；干燥：将涂布有浆料的基材进行干燥，使有机溶剂挥发，浆料中的固体物质粘结在基材上，得到预制极片；碾压：对所述预制极片进行碾压，即得锂电池层状正极极片。本发明专利技术的制备方法可在正极材料表面形成保护层，降低正极表面的分解副反应，从而提高锂电池循环稳定性。提高锂电池循环稳定性。提高锂电池循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
锂电池层状正极极片、制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂电池
，特别是涉及一种锂电池层状正极极片、制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂电池由正极材料、负极材料、电解液和隔膜等组成。层状正极材料如LiCoO2、LiNi
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
O2、LiNi
x
Co
y
Al1‑
x
‑
y
O2、LiNiO2等，具有良好的能量密度，较高的放电电压，以及适当的充放电电压范围。但是，与其它结构的正极材料相比，这种层状材料的循环稳定性更差，特别是当充电截止电压大于等于4.5V时，不可逆的相变导致放电容量快速下降。层状正极材料的循环稳定性和容量密度是锂电池发展的瓶颈之一。
[0003]含有层状正极的锂电池的电解液通常由碳酸酯溶剂和锂盐组成，碳酸二甲酯(DMC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)以及碳酸二乙酯(DEC)是常用的碳酸酯溶剂，六氟磷酸锂(LiPF6)是常用的锂盐。为了形成稳定的电极/电解液界面，通常会在电解液中加入一些成膜添加剂(即电解液添加剂)，例如：采用二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)和碳酸亚乙烯酯(VC)作为电解液添加剂，可以拓宽锂电池的使用温度范围并降低其内阻；碳酸亚甲基亚乙酯(MEC)以及碳酸二亚甲基亚乙酯(DMEC)可提高锂电池的循环稳定性；含硼化合物都可以作为锂电池电解液的成膜添加剂。
[0004]但是，由于目前商业电解液所含的锂盐通常为六氟磷酸锂(LiPF6)，六氟磷酸锂对水分十分敏感，加入电解液添加剂时会引入水分，导致电解液中的水含量过高，增加锂盐分解的风险，而且锂盐分解是不可逆的。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要针对上述问题，提供一种锂电池层状正极极片的制备方法，得到的层状正极材料表面形成保护层，不仅可以提高锂电池的循环稳定性，还可以避免引入过多水分导致锂盐分解。
[0006]一种锂电池层状正极极片的制备方法，包括以下步骤：
[0007]匀浆：将正极活性材料、导电剂、粘结剂、醇盐和有机溶剂混合均匀，得到浆料；所述正极活性材料为具有层状结构的过渡金属锂氧化物；
[0008]涂布：将所述浆料均匀涂布于基材的表面；
[0009]干燥：将涂布有浆料的基材进行干燥，使有机溶剂挥发，浆料中的固体物质粘结在基材上，得到预制极片；
[0010]碾压：对所述预制极片进行碾压，即得锂电池层状正极极片。
[0011]上述制备方法，在正极极片匀浆过程中加入醇盐添加剂，不仅可以在正极材料表面形成保护层，降低电解液在正极表面的分解副反应，提高锂电池的循环稳定性，还可以避免引入水分，防止锂盐分解。
[0012]现有技术中通常是在电解液中添加醇盐添加剂，由于醇盐会引发碳酸酯的开环聚
合，长时间存放会导致电解液分层，对电池批次间重复性产生影响，而本专利技术中的醇盐是作为电极添加剂，后续制作锂电池时无需再电解液中加入醇盐，可有效避免上述问题。
[0013]在其中一个实施例中，所述过渡金属锂氧化物选自：LiCoO2、LiNi
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
O2、LiNi
x
Co
y
Al1‑
x
‑
y
O2、LiNiO2中的一种或两种以上。
[0014]在其中一个实施例中，所述导电剂为活性炭。利用活性炭的高比表面积和优良导电性完成集流体与活性材料之间的电子传导。
[0015]在其中一个实施例中，所述醇盐选自：铝醇盐、锡醇盐、钛醇盐、铜醇盐、铬醇盐、锌醇盐。
[0016]醇盐是醇分子羟基氢被金属取代形成的化合物，本专利技术中选用的醇盐的醇根阴离子优选为具有1
‑
18个碳原子的醇根阴离子，更优选为甲醇根、乙醇根、丙醇根、异丙醇根、乙二醇根等。上述醇盐添加剂能够引发环状碳酸酯的开环聚合。
[0017]在其中一个实施例中，所述醇盐为异丙醇铝。异丙醇铝添加前，先进行真空加热预处理，预处理的温度为60
‑
120℃，时间为6
‑
24h。预处理的目的是尽可能去除异丙醇铝中的水分，避免其对后续匀浆过程造成影响。
[0018]在其中一个实施例中，所述匀浆步骤中醇盐的添加量为该步骤中固体原料总质量的0.1％
‑
10％，优选为1％
‑
10％，更优选为2％
‑
8％。
[0019]在其中一个实施例中，所述粘结剂选用聚偏氟乙烯。
[0020]在其中一个实施例中，所述匀浆步骤中的溶剂选自：N
‑
甲基吡咯烷酮、N,N
‑
二甲基甲酰胺、N,N
‑
二甲基乙酰胺中的一种或两种以上。
[0021]在其中一个实施例中，所述涂布步骤中，所述基材为铝箔。
[0022]在其中一个实施例中，所述涂布步骤中的温度为30
‑
160℃，优选为50
‑
150℃，更优选为80
‑
120℃。
[0023]在其中一个实施例中，所述干燥温度步骤中的温度为30
‑
160℃。
[0024]在其中一个实施例中，所述碾压步骤后还包括分切步骤：将碾压后的正极极片按照需要分切成具有特定形状的片状物。
[0025]在其中一个实施例中，所述碾压步骤或分切步骤后还包括烘烤步骤：将极片置于真空烘箱中烘烤除去水分。
[0026]本专利技术还提供一种采用上述制备方法得到的锂电池层状正极极片。
[0027]本专利技术的锂电池层状正极极片在应用于锂离子电池时，无需在电解液中加入醇盐添加剂，从而避免引入过多水分导致锂盐分解、分层等现象，同时还可以提高锂电池的循环稳定性。
[0028]本专利技术还提供一种锂离子电池，包括正极极片、负极极片和锂电池电解液，所述正极极片为上述锂电池层状正极极片，所述锂电池电解液包括环状碳酸酯、线性碳酸酯和锂盐。
[0029]本专利技术的锂离子电池，正极材料中具有醇盐，可引发电解液中的环碳酸酯发生聚合，并在首次充电过程中在正极材料表面均匀形成一层厚度为数纳米的富含聚碳酸酯和氟化铝氧化铝的界面，这层均匀的特殊界面能够抑制之后循环过程中碳酸酯溶剂在高压下的氧化分解副反应，并抑制电解液中的微量氢氟酸对过渡金属氧化物正极的侵蚀副反应，从而提高锂电池的循环稳定性。
[0030]以LiCoO2‑
Li电池为例，在4.6V截止电压下200圈充放电后循环保持率可由25％提升至75％以上，在4.5V截止电压下150圈充放电后循环保持率可由92％提升至98％以上。
[0031]在其中一个实施例中，所述环状碳酸酯选自：碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯中的一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂电池层状正极极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：匀浆：将正极活性材料、导电剂、粘结剂、醇盐和有机溶剂混合均匀，得到浆料；所述正极活性材料为具有层状结构的过渡金属锂氧化物；涂布：将所述浆料均匀涂布于基材的表面；干燥：将涂布有浆料的基材进行干燥，使有机溶剂挥发，浆料中的固体物质粘结在基材上，得到预制极片；碾压：对所述预制极片进行碾压，即得锂电池层状正极极片。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述过渡金属锂氧化物选自：LiCoO2、LiNi
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
O2、LiNi
x
Co
y
Al1‑
x
‑
y
O2、LiNiO2中的一种或两种以上；所述导电剂为活性炭；所述醇盐选自：铝醇盐、锡醇盐、钛醇盐、铜醇盐、铬醇盐、锌醇盐中的一种或两种以上；所述粘结剂为聚偏氟乙烯。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述匀浆步骤中醇盐的添加量为该步骤中固体原料总质量的0.1％
‑
10％。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述涂布步骤中，所述基材为铝箔。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述匀浆步骤中的有机溶剂选自：N
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【专利技术属性】
技术研发人员：邵敏华，杨吉祥，
申请(专利权)人：香港科技大学，
类型：发明
国别省市：