[發(fā)明專利]鋰離子電池多孔鎳集流體的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410274234.5
• 申請(qǐng)日: 2014-06-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104037423A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王康平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥國(guó)軒高科動(dòng)力能源股份公司
• 主分類號(hào): H01M4/80
• 分類號(hào): H01M4/80
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池材料領(lǐng)域，具體是涉及一種鋰離子電池多孔鎳集流體的制備方法。

背景技術(shù)

隨著鋰離子電池應(yīng)用領(lǐng)域的越來(lái)越寬，鋰離子電池向著高能量密度、高功率密度以及高安全性的方向發(fā)展。這就要求儲(chǔ)鋰材料具有較高的工作電壓或者較高的可逆容量。傳統(tǒng)的鋰離子電池是采用兩種可嵌入/脫嵌鋰離子的化合物分別作為鋰離子電池的正負(fù)極材料。如：1990年Sony?Corp.?發(fā)展的石墨/鈷酸鋰體系的電池，并成功將其商業(yè)化。隨后，隨著電動(dòng)汽車概念的進(jìn)一步深化，石墨/磷酸鐵鋰體系電池也在世界范圍內(nèi)較快的發(fā)展起來(lái)。

盡管按照活性材料的種類，區(qū)分地越來(lái)越細(xì)致，但是作為鋰離子電池中的正負(fù)極集流體卻在過(guò)去的20年內(nèi)沒(méi)有發(fā)生顯著性的變化。從電化學(xué)反應(yīng)的角度看，材料在充放電過(guò)程中，需要材料能夠與電解液充分保證鋰離子快速的脫嵌；另外，還要保證電子能夠快速的散逸至集流體。鑒于此，近年來(lái)，一些研究小組采用具有3D結(jié)構(gòu)的集流體用于鋰離子電池中的應(yīng)用，具有代表性的3D結(jié)構(gòu)集流體就是泡沫鎳。基于泡沫鎳作為集流體，采用靜電噴霧的方法制備過(guò)渡金屬氧化物作為鋰離子電池的負(fù)極材料以及直接作為集流體考察磷酸鐵鋰材料的電化學(xué)性能的文獻(xiàn)均有報(bào)道。

薄膜材料直接作為鋰離子電池正極材料可以避免合漿、涂布等工序，更為重要的是，材料在充放電過(guò)程中，由于活性材料與集流體的緊密結(jié)合，使得電子散逸比較迅速，從而使得材料具有相對(duì)較高的電化學(xué)動(dòng)力學(xué)特性。例如：在銅片表面生長(zhǎng)單一納米結(jié)構(gòu)或者是微納多級(jí)結(jié)構(gòu)的氧化銅負(fù)極材料；在不銹鋼表面采用PLD的方法沉積磷酸鐵鋰正極材料以及CVD的方法沉積Si納米線，均在放電容量、循環(huán)性能以及倍率性能等參數(shù)方面的得到顯著的提升。

但是上述的在制備電極材料的過(guò)程中存在著高溫煅燒過(guò)程，以提升材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，這樣使用如泡沫鎳為代表的3D結(jié)構(gòu)集流體勢(shì)必會(huì)引起由于集流體的機(jī)械強(qiáng)度不足所造成的集流體粉化的問(wèn)題。鑒于此，本發(fā)明主要是改善材料的集流體性質(zhì)，并能夠通過(guò)原始產(chǎn)物配比的變化，調(diào)控集流體的孔隙率，并最終實(shí)現(xiàn)一種具有3D結(jié)構(gòu)，三相聯(lián)通的新型集流體的制備。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的之一是提供一種鋰離子電池多孔鎳集流體的制備方法，本發(fā)明的另一目的是提供一種鋰離子電池電極的制備方法，本發(fā)明的目的之三是提供一種磷酸鐵鋰薄膜電極的制備方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的之一，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種鋰離子電池多孔鎳集流體的制備方法，包括如下步驟：

①、以質(zhì)量比為3～9：1～7的氧化鎳和石墨作為起始材料，添加造粒溶劑進(jìn)行造粒，獲得混合粉體，造粒溶劑為PVA溶液、PMMA溶液、PVP溶液中的一種或幾種的混合物；

②、將混合粉體壓制成生胚體，生胚體于1000～1600℃下煅燒3～20h，獲得胚體；

③、將胚體在含有還原氣氛的載氣中于400～600℃下還原3～30h。

優(yōu)選的，所述步驟①中的造粒溶劑的濃度為3～10wt%。

優(yōu)選的，所述步驟②中的混合粉體壓制的壓力為10～16Mpa，生胚體呈圓片形狀，直徑為13mm，厚度為1mm。

優(yōu)選的，所述步驟③中的還原氣氛為氫氣、甲烷、乙烷、酒精、甲苯中的一種或幾種的混合氣體，載氣為高純氮?dú)饣蚋呒儦鍤狻?/p>

為了實(shí)現(xiàn)上述另一目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種鋰離子電池電極的制備方法，包括如下步驟：

1）、依權(quán)利要求1所述的制備方法獲得鋰離子電池多孔鎳集流體；

2）、將納米結(jié)構(gòu)的過(guò)渡金屬氧化物負(fù)極材料與粘接劑、造孔劑混磨后均勻涂在鋰離子電池多孔鎳集流體表面，在惰性氣氛保護(hù)下于300～800℃下燒結(jié)3～20h。

優(yōu)選的，所述納米結(jié)構(gòu)的過(guò)渡金屬氧化物負(fù)極材料為氧化鎳、氧化錳、氧化亞鐵、三氧化二鐵、氧化鈷、四氧化三鈷中的一種或幾種的混合物。

優(yōu)選的，所述粘接劑為松油醇，造孔劑為乙基纖維素和/或羧甲基纖維素。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的之三，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種磷酸鐵鋰薄膜電極的制備方法，包括如下步驟：

1）、依權(quán)利要求1所述的制備方法獲得鋰離子電池多孔鎳集流體；

2）、將鋰源、鐵源、磷酸根溶液與有機(jī)絡(luò)合劑均勻混合后，涂敷在鋰離子電池多孔鎳集流體表面；n(Fe)：n(PO₄^3-)：n(Li)：n(有機(jī)絡(luò)合劑)=0.97～1：1：1～1.05：0.005～0.1；