[發明專利]一種制備高容量鋰離子電池正極極片的方法

有效

• 申請號: 201710575343.4
• 申請日: 2017-07-14
• 公開（公告）號: CN107394108B
• 公開（公告）日: 2020-03-20
• 發明（設計）人: 章冬云;喬金;周江;趙萌;薛宇
• 申請（專利權）人: 上海應用技術大學
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/1397;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

本發明公開了一種制備高容量鋰離子電池正極極片的方法，首先采用溶劑熱合成技術制備具有單分散特征的鋰離子電池正極材料LiMPO₄，M為Fe、Co或者Mn；然后將獲得的單分散正極材料制備成為電池漿料，在磁場強度1~10T定向排布處理3~12h，并在50~65℃的溫度下干燥，獲得高容量鋰離子電池正極極片。將該極片制備成扣式電池進行測試，0.2C下定向排布的LiCoPO₄克容量為135.7~142.9mAh/g。0.2C下定向排布的LiFePO₄克容量為150.7~152.8mAh/g。0.2C下定向排布的LiMnPO₄克容量為135.9~143.8mAh/g。本發明有效提高了LiMPO₄的克容量。

技術領域

本發明屬于材料學領域，涉及一種電極，具體來說是一種制備高容量鋰離子電池正極極片的方法。

背景技術

隨著社會的不斷發展，世界能源消耗呈正增長趨勢，礦物燃料的燃燒對生態環境造成嚴重污染，甚至危及到人類的生存。就目前來看，人們已提出和發明了多種儲能技術來滿足各個領域的不同需求。現有能量儲存技術主要有物理式儲能、化學式儲能、電磁式儲能和相變式儲能等幾大類。其中化學式儲能分為鈉硫電池、全釩液流電池、鉛酸電池、鋰離子電池等。這幾種化學式儲能方式相比較而言，鋰離子電池具備能量密度相對高、電壓平臺高、對環境友好等優點，因此被稱為綠色電池。

近十幾年來，中國的鋰離子電池產業市場發展十分迅猛，基本形成了比較完善的產業鏈條，同時在國際鋰離子電池材料的選配及研發領域占有重要的地位。同時鋰離子電池具有大容量存儲和高效率的充放電功能特點為其成為新能源汽車和其他新能源產品儲能系統的首選產品。其中橄欖石結構的磷酸鹽由于其獨特的循環穩定性以及安全性得到了廣泛的應用。

同時，針對于磷酸鹽的電化學修繕方式也有了很多方式，例如碳包覆，或是離子摻雜等。其改善方式都是通過化學手段實現的，但是我們也了解到許多材料具有各項異性獨特性質，例如一些材料在不同方向的自發磁化率不同，或是在不同方向的拉伸極限不同。人們通過不同的處理方法，讓其擇優取向，以實現其各向異性的最大化。郭森林等人在專利一種磨料定向排布的陶瓷結合劑磨具及其制備方法（CN201645343U）中，提到了磨料的定向排布可以提高其抗拉性能的各向異性。Sarah H. Tolbert報道了通過在高磁場中取向未聚合的六方晶溶膠性硅酸鹽表面活性劑液晶，實現了縮合的六面體介孔結構二氧化硅（MCM-41）的多孔性的宏觀取向。Kartikowati C W等報道了磁性定向排布是提高磁性材料磁性能的方法。Tsunehisa Kimura也在其文章中，詳細的談及了此類材料在不同的磁場中的定向排布情況，也在理論上分析了，磁場中精確對準的各種條件和物理模型。

大量的研究表明橄欖石結構的磷酸鹽有著在[010]方向的鋰離子一維擴散通道，所以在合成磷酸鹽正極材料時，應盡量減小其在[010]方向的尺寸，同時，通過孟良榮在文章LiCoPO₄電化學嵌鋰行為研究中談到，橄欖石結構的磷酸鹽的磁性能研究很早就已開始進行，其中LiCoPO₄具有一個和[010]方向幾乎平行的磁矩。相類似的LiFePO₄和LiMnPO₄也屬于正交晶系橄欖石結構的磷酸鹽，其同LiCoPO₄類似同樣存在磁性能的各向異性，且在存在有與[010]方向相平行的磁矩。

通過以上分析目前LiMPO₄，M為Fe、Co或者Mn作為鋰離子電池正極材料得到的電池，可以通過磁控定向排布技術制備電池極片，以提升材料的鋰離子電池擴散系數，進而提高其電化學性能。

發明內容

針對現有技術中的上述技術問題，本發明提供了一種制備高容量鋰離子電池正極極片的方法，所述的這種制備高容量鋰離子電池正極極片的方法要解決現有技術中的鋰離子電池鋰離子擴散系數不高、放電比容量較低的技術問題。