[發(fā)明專利]制備高電位LiNi0.5Mn1.5O4鋰離子電池正極片方法

有效

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• 申請日: 2013-12-20
• 公開（公告）號: CN103730636A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁興華;劉于斯;史琳;曾帥波;葉超超;劉天驕;華曉鳴;宋清清;劉浩;劉大玉
• 申請（專利權(quán)）人: 廣西科技大學(xué)
• 主分類號: H01M4/1391
• 分類號: H01M4/1391
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 44248
• 代理人: 彭益宏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池正極片方法，尤其涉及一種金屬等離子直流濺射制備高電位LiNi_0.5Mn_1.5O₄鋰離子電池正極片方法。

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背景技術(shù)

高電位正極材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄(鎳錳酸鋰）具有較高容量（約146mAh/g）、高的循環(huán)壽命（高于2500次）和高電壓（約4.7V）放電平臺，不僅可以滿足個人電子消費(fèi)品和電動汽車對新一代電源的需求，而且可兼容工作電壓較高的負(fù)極材料（如1.55V?Li₄Ti₅O₁₂），從而提高電池的安全性能，使其成為下一代先進(jìn)鋰離子電池最受矚目的正極材料之一。該正極材料制備成電池極片時，一般采用炭黑作為導(dǎo)電劑。等離子濺射金屬被用于各種功能薄膜的制備，是一種新型的鍍膜技術(shù)。

提高鋰離子電池極片導(dǎo)電性的方法主要再有摻雜，加入導(dǎo)電添加劑等方式，如摻雜導(dǎo)電炭黑、添加導(dǎo)電金屬粉、絲等方法。可以構(gòu)建導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，使鋰離子的轉(zhuǎn)移途徑得到提升，從而提高其擴(kuò)散系數(shù)，增加導(dǎo)電性。常規(guī)方法雖可提高導(dǎo)電性能，但電池在使用中正極材料由于電化學(xué)反應(yīng)易于溶解在電解液中，即已有技術(shù)不能很好的解決正極材料溶解的問題。因此，不采用本發(fā)明工藝方法處理的正極材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄(鎳錳酸鋰）循環(huán)壽命差，特別是在高倍率條件下，循環(huán)性能更差。???

發(fā)明內(nèi)容

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種制備高電位LiNi_0.5Mn_1.5O₄鋰離子電池正極片方法，包括如下步驟：

步驟A：將鎳錳酸鋰、粘結(jié)劑，導(dǎo)電劑、按物質(zhì)的量的比：50-90：30-10：20-5混合，真空中攪拌，混合后的漿料雙面涂布在0.15-0.45微米厚的鋁膜上，涂布厚度10-200微米，然后真空烘干后極片滾壓至5-150微米厚；

步驟B：將金屬在真空熔鑄爐中加熱至熔點(diǎn)，待金屬完全融化后保溫后倒入靶材模具中，再冷卻至室溫；

步驟C：將制備好的金屬靶材和電極片放入等離子濺射儀真空樣品室中，等離子直流濺射鍍金屬膜，隨后冷卻至室溫，清洗后取出，制成高電位LiNi_0.5Mn_1.5O₄電池正極片。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案，其優(yōu)點(diǎn)在于，第一步采用常規(guī)添加導(dǎo)電炭黑制備電池極片，第二步采用等離子直流濺射技術(shù)將導(dǎo)電金屬靶材在電池電極上鍍金屬膜，不同于常規(guī)混合摻雜技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)電極表面連續(xù)鍍覆網(wǎng)狀半包覆導(dǎo)電金屬膜。在電極內(nèi)部由于炭黑導(dǎo)電劑的存在，可構(gòu)建“點(diǎn)-線”導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，在電極表面由于金屬膜高的電導(dǎo)率，可構(gòu)建“面-面”導(dǎo)電體系，可大幅提高常規(guī)電池極片的導(dǎo)電性。同時，電極表面金屬膜可隔絕或減少電極材料與電解液的接觸面積，在充放電使用過程中，可降低電解液對高電位LiNi_0.5Mn_1.5O₄電極的腐蝕性，降低電極材料在電解液中的溶解，顯著提高電池的使用壽命。?

優(yōu)選的，所述導(dǎo)電劑采用炭黑、活性炭、碳納米管、導(dǎo)電石墨中的一種或幾種，所述粘結(jié)劑采用PVDF、PTFE、羧基丁苯乳膠中的一種或幾種。

優(yōu)選的，所述步驟A中，真空中攪拌12小時，攪拌容器真空度10^-5Pa。

優(yōu)選的，所述步驟A中，烘干的溫度為80℃，烘干時間18小時。

優(yōu)選的，所述步驟B中,金屬采用Al、Cu、Ni、Cr、Co、Zn、Fe、Mn、Ag、Au中的一種或幾種。

優(yōu)選的，所述步驟B中,金屬的熔點(diǎn)為700-1650℃，真空度10^-5Pa，保溫時間為1小時，冷卻速率為20℃/min。

優(yōu)選的，所述步驟C中,?等離子濺射儀真空樣品室中的條件為：抽真空至5X10^-2?mbar，通入高純氬氣（99.99%）清洗真空室，再抽真空至5X10^-2?mbar。調(diào)節(jié)電壓至1600-3000V，電流10-50mA。

優(yōu)選的，所述步驟C中,等離子直流濺射鍍金屬膜的時間為0.85小時。