[發明專利]一種高性能富鋰錳鋰離子電池正極極片的制作方法

有效

• 申請號: 201310449016.6
• 申請日: 2013-09-28
• 公開（公告）號: CN103474626A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 陳祥蘭;趙海剛;蔡振勇
• 申請（專利權）人: 山東潤峰集團新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/1391
• 分類號: H01M4/1391
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于鋰離子電池制造領域，特別是涉及高性能富鋰錳鋰離子電池正極極片的制作方法。

背景技術

在鋰離子電池材料領域，尤其是鋰離子電池正極極片領域，目前使用最多、最廣泛的是LiCoO2（氧化鈷鋰），但是LiCoO2（氧化鈷鋰）存在安全性差，耐過充性差以及對環境的污染等問題并且其制作成本高昂，尤其是其必須的金屬Co比較稀缺，除此之外LiNiO2合成條件苛刻，可逆性差、穩定性差，容易引起安全問題；LiCoO2（氧化鈷鋰）材料系中還包括錳系LiMnO2材料，雖然錳系LiMnO2材料價格低廉、資源豐富，但是其在充放電過程中會產生層狀結構向尖晶石型結構轉變的情況，該轉變直接導致比容量衰減快，電化學性能不穩定的問題；除上述材料之外還有一種具有Co、Ni、Mn三種金屬離子協同效應的層狀三元材料LiCoxNiyMn1-x-yO2，該材料雖然有效彌補了LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2各自的不足，具有比容量高、循環性能好、合成制備工藝簡單、安全穩定性能較好等優點，但是其能量密度小，比容量低于200?mAh/g，所以在動力電池的應用上受到了明顯的限制。

研究發現，在層狀氧化物材料中添加過量的鋰后得到一種新固溶體富鋰錳基正極材料，該材料，其化學式為aLi2MnO3·(1-a)LiCoxNiyMn1-x-yO2，其中0＜a＜0.5，0＜x＜1，0＜y＜1；該材料在4.6V電壓下仍能保持穩定的結構，比容量可達到250mAh/g，另外，該材料主要以Mn元素為主，使其在價格和安全性方面都具有優勢，但是目前尚無該材料在鋰離子電池領域如何應用的明確方法，因此造成無法大面積使用的情況。

發明內容

為解決上述技術缺陷，利用現有的富鋰錳基正極材料，提供一種富鋰錳基正極材料在具體應用到鋰離子電池正極極片上的方法，利用該方法制作出的鋰離子電池正極極片具有高循環性能、高倍率性、高密度性及高裹敷性的特點。

為實現上述目的，本發明提供一種高性能富鋰錳鋰離子電池正極極片的制作方法，其所采用的富鋰錳基正極材料的化學式為aLi2MnO3·(1-a)LiCoxNiyMn1-x-yO2，其中0＜a＜0.5，0＜x＜1，0＜y＜1；利用該材料制作鋰離子電池正極極片的步驟為：

①分別將富鋰錳基正極材料、導電劑、粘結劑放在90～120℃的烘烤箱內烘烤6～12小時；

②將步驟①所得的粘結劑加入到N-甲基吡咯烷酮溶劑中，在真空條件下攪拌5～10小時，配成濃度為5～10%的膠液；

③將步驟①富鋰錳基正極材料與步驟①所得的導電劑加入到步驟②制得的膠液中，在真空條件下攪拌10～20小時，制成混合均勻的漿料，粘度在2000～4000Pa·s；

④將步驟③制作的漿料通過涂布機涂覆在鋁箔雙面，涂覆面密度為150～450g/cm2，將涂覆后的極片通過多節烘箱烘干，即制得高性能富鋰錳鋰離子電池正極極片。

作為優選，步驟①中所述的導電劑為導電碳黑（Super?P?Li）、導電石墨(KS-6)、碳納米管（CNTs），石墨烯、碳纖維中的一種或多種；所述的粘結劑為聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）的一種或多種。

作為優選，步驟④中所述的多節烘箱溫度呈拋物線狀態，前段與后端烘箱為85～95℃，中間烘箱溫度為100～120℃，烘箱節數為6～12個。

進一步，步驟②、③中所述的真空度為-95～-80KPa。

本發明的有益效果是與現有技術相比較，本發明所提供的一種高性能富鋰錳鋰離子電池正極極片的制作方法所制作出的正極極片具有連續的網狀骨架，包覆物束縛在正極材料表面，制得多孔碳捆綁的包覆型富鋰錳基正極材料，改善了傳統的包覆方法中包覆物包覆不均勻、不牢固的問題，采用該多孔碳捆綁的包覆型富鋰錳基正極材料制成鋰離子電池正極極片，具有優異倍率性能和循環性能，尤其是高充電截止電壓時的循環穩定性。

經檢測，檢測結果顯示，利用本發明所制作的正極極片生產的高性能富鋰錳鋰離子電池在3.0～4.6V電壓范圍內，5C放電容量為11.6Ah，0.5C放電容量為10.5Ah，5C放電容量為0.5C放電容量的90.5%，在3.0～4.4V電壓范圍內，0.5C充放電循環2000次后容量為初始容量的84.8%以上。

附圖說明

圖1，以0.5C充電/0.5C、5C倍率放電曲線圖。

圖2，以0.5C充放電循環曲線圖。

具體實施方式