锂离子电池干法电极用复合正极材料制造技术

本发明专利技术提供了锂离子电池干法电极用复合正极材料

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池干法电极用复合正极材料、制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂电池
，特别涉及锂离子电池干法电极用复合正极材料
、
制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]商用锂离子电池用极片由浆料－涂覆的方法制备，制备过程中首先需要将活性材料
、
导电剂和粘结剂在溶剂中混合制备具有合适粘度的浆料
。
随后浆料被涂覆在集流体上
。
涂覆后的浆料需要进一步的干燥
。
大量的溶剂在短时间内的干燥需要消耗大量的能源
。
此外，正极使用有机溶剂
NMP
，不仅污染环境，复杂的
NMP
的回收设备还需要较大的设备投资，增加了锂离子电池的制造成本
。
此外，传统的浆料涂布法制备极片时，在干燥过程，粘结剂有随着溶剂往电极表明迁徙的趋势，造成电极内部以及电极和集流体界面粘结剂含量不足，恶化电芯性能
。
[0003]氧化锂作为锂离子电池正极活性材料具有较高的克容量和较低的原料成本，具有很好的应用前景
。
氧化锂对水分敏感，使用传统的匀浆方法大规模制备挑战极大
。
例如在匀浆和涂布过程中需要严格控制水含量，增加了环境控制成本
。
氧化锂碱性极强，使用商用
PVDF
作为粘结剂时容易凝胶化
。
纳米尺寸的氧化锂在匀浆过程中容易团聚，造成分散困难
。
[0004]近年来，无溶剂的干法极片制造技术获得了越来越多的关注
。
使用干法制备极片不需要任何溶剂，可以大大降低能耗；
[0005]此外，因为没有粘结剂分布不均的问题，干法还可以便利地制备高负载极片，从而提高锂离子电池的能量密度，因为其辊对辊的制造方式和传统的锂离子电池生产线兼容性好，基于含氟粘结剂纤维化的干法路线受到越来越多的关注，使用干法制备氧化锂极片具有较大优势；
[0006]但是该方法需要将活性材料
、
导电剂和粘结剂混合均匀，导电剂为纳米尺度材料，比表面积较大，干混时极易发生聚集，导电剂的不均匀分散会严重恶化电池性能；
[0007]此外，干法制备的极片材料粉体之间的接触较差，增加了接触电阻和界面阻抗，尤其是氧化锂材料导电性差，使用干法制备会恶化相关性能；
[0008]同时，使用氧化锂作为锂离子电池的正极活性材料还存在较多的问题：
[0009]一
、
氧化锂对水分和空气中的为氧化碳等酸性气体敏感，对生产环境要求严苛，增加了制造成本；
[0010]二
、
氧化锂本身的导电性差，在极片制备过程需要添加大量导电剂，部分牺牲能量密度，且存在导电剂分散困难的问题；
[0011]三
、
氧化锂充电产物是过氧化锂，具有较强氧化性，恶化电池性能；
[0012]四
、
氧化锂材料密度较低，使用传统匀浆法制备的极片压实密度较低，牺牲体积能量密度；
[0013]为此，提出锂离子电池干法电极用复合正极材料
、
制备方法和应用
。

技术实现思路

[0014]有鉴于此，本专利技术实施例希望提供锂离子电池干法电极用复合正极材料
、
制备方法和应用，以解决或缓解现有技术中存在的技术问题，至少提供一种有益的选择
。
[0015]本专利技术实施例的技术方案是这样实现的：一种锂离子电池干法电极用复合正极材料，由导电层包覆氧化锂电池形成正极材料；
[0016]所述正极材料包括活性材料氧化锂和包覆导电层，导电层的重量百分比为总重的
0.1
％－
30
％
。
[0017]本专利技术还提供了一种锂离子电池干法电极用复合正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0018]S1、
制备导电层包覆正极材料，包括：
[0019]取导电层原材料溶解于溶剂中，得到溶液
A
；
[0020]将含锂化合物加入溶液
A
中，含锂化合物分散后蒸干液体，得到包覆锂化合物；
[0021]研磨过筛，通过管式炉在惰性气体氛围下热解得到导电碳包覆的氧化锂材料；
[0022]S2、
干法制备正极：
[0023]将活性材料和粘结剂混合，先在低温下低速混合，使粘结剂和活性材料充分混合均匀，后在高温下强剪切力混合纤维化粘结剂，将剪切后的干粉通过热压的方式压制成自支撑电极膜，最后将电极膜和具有底涂层的集流体热复合得到氧化锂正极极片和负极极片；
[0024]S3、
将氧化锂正极极片和负极极片组装成电池
。
[0025]在一些实施例中：所述通过管式炉在惰性气体氛围下热解得到导电碳包覆的氧化锂材料时，前驱物烧结温度为
500
－
950℃
，烧结时间为4小时以上，惰性气体为高纯氮气或氩气中的任意一种，导电层前驱体是包括壳聚糖在内的含碳材料
。
[0026]在一些实施例中：所述含锂化合物为氢氧化锂
、
硝酸锂
、
硫酸锂
、
氯化锂
、
碳酸锂
、
过氧化锂和氧化锂中的任意一种或两种以上组合物
。
[0027]在一些实施例中：所述含锂化合物分散后蒸干液体时，采用旋转蒸发或采用具有搅拌功能的烘干设备蒸发
。
[0028]在一些实施例中：包覆于氧化锂表面的导电层厚度在
0.5
－
20nm。
[0029]在一些实施例中：所述粘结剂为含氟树脂，优选为聚四氟乙烯，且粘结剂在高剪切作用下纤维化后成膜，且粘结剂在粘结剂和活性材料混合材料中的含量为
0.1
－
20
％
。
[0030]在一些实施例中：所述粘结剂和活性材料混合时，在0－
15℃
条件下进行；
[0031]将剪切后的干粉通过热压的方式压制成自支撑电极膜时，采用将干粉预热或强剪切在高温下进行中任意一种方式进行，热压和热复合的温度范围在
80
－
200℃。
[0032]在一些实施例中：所述步骤
S3
中，电池系统的负极材料为石墨
、
硬碳
、
软碳
、
硅
、
硅氧
、
金属锂和金属氧化物中的任意一种
。
[0033]本专利技术还提供了一种锂离子电池干法电极用复合正极材料的应用，应用于干法电极制备氧化锂极片及其采用该氧化锂极片制备锂离子电池
。
[0034]本专利技术实施例由于采用以上技术方案，其具有以下优点：
[0035]1.
导电包覆层提高了氧化锂的稳定性，使其可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种锂离子电池干法电极用复合正极材料，其特征在于，由导电层包覆氧化锂形成正极材料；所述正极材料包括活性材料氧化锂和包覆导电层，导电层的重量百分比为总重的
0.1
％－
30
％
。2.
一种根据权利要求1所述的锂离子电池干法电极用复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、
制备导电层包覆正极材料，包括：取导电层原材料溶解于溶剂中，得到溶液
A
；将含锂化合物加入溶液
A
中，含锂化合物分散后蒸干液体，得到包覆锂化合物；研磨过筛，通过管式炉在惰性气体氛围下热解得到导电碳包覆的氧化锂材料；
S2、
干法制备正极：将活性材料和粘结剂混合，先在低温下低速混合，使粘结剂和活性材料充分混合均匀，后在高温强剪切力作用下纤维化粘结剂，将剪切后的干粉通过热压的方式压制成自支撑电极膜，最后将电极膜和具有底涂层的集流体热复合得到氧化锂正极极片；
S3、
将氧化锂正极极片和负极极片组装成电池
。3.
根据权利要求2所述的锂离子电池干法电极用复合正极材料的制备方法，其特征在于：所述通过管式炉在惰性气体氛围下热解得到导电碳包覆的氧化锂材料时，前驱物烧结温度为
500
－
950℃
，烧结时间为4小时以上，惰性气体为高纯氮气或氩气中的任意一种，导电层前驱体是包括壳聚糖在内的含碳材料
。4.
根据权利要求3所述的锂离子电池干法电极用复合正极材料的制备方法，其特征在于：所述含锂化合物为氢氧化锂
、
硝酸锂
、
硫酸锂
、
氯化锂
、
碳酸锂
、<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张扬，梅骜，胡文龙，颜世银，赵佳俊，
申请(专利权)人：广州凌顶能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：