[發明專利]一種低內阻三元單晶極片的制備方法

在審

• 申請號: 202110285899.6
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113054164A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 段銳;鄭剛;汪宇;林浩
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M4/1391
• 分類號: H01M4/1391;H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/485;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 韓燕

本發明公開了一種低內阻三元單晶極片的制備方法，將鈣鈦礦?鈦酸鑭鋰和石墨烯材料作為包覆材料包覆于三元單晶材料的表面，使得極片活性材料具有良好的離子導電性和電子導電性，大大降低了材料本體內阻。本發明通過控制三元單晶/鈦酸鑭鋰/石墨烯復合材料的粒徑分布、導電劑和正極集流體的選擇，使得電極擁有更好的孔結構，利于Li+擴散，更易形成導電網絡，涂碳鋁箔的選擇明顯降低活性顆粒與集流體的接觸阻抗，且可降低電池在使用過程中內阻的增幅。本發明制得的低內阻三元單晶極片，比常規三元單晶極片內阻低50?80％左右，解決了三元單晶材料由于顆粒大、Li⁺擴散困難、倍率差、極化大的問題，非常有利于單晶三元材料的大規模使用。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，具體是一種低內阻三元單晶極片的制備方法。

背景技術

近年來，新能源汽車對動力電池的能量密度和功率性能要求越來越高，能量密度的不斷提升使得正極材料不斷向高鎳方向發展，但隨著Ni含量的提升，電芯的循環性能和安全性能都存在較大隱患。為了解決這一問題，三元正極材料開始由多晶向單晶化轉變。單晶材料是由分散的一次顆粒球組成，比二次球不易破碎，因為二次球中一次顆粒有著不同的晶面取向和滑移面，晶粒間晶格膨脹和收縮的各向異性，導致二次顆粒易破碎，并在一次顆粒間產生微裂紋，增加與電解液的接觸面積，加劇副反應，而單晶三元內部無晶界，可以避免晶界破碎導致的性能劣化問題，有利長循環性能；同時單晶材料因其結構穩定性，還具有很高的安全性和耐高壓性，即可以在較高的電壓下工作不失效，提高了電池的工作電壓，而且單晶材料壓實密度高，因此正極材料單晶化不僅解決了長循環問題，還獲得了高的能量密度，所以單晶三元材料是未來很有前景的正極材料之一。

但同時單晶材料也存在一些缺點影響其大規模使用，比如顆粒大、Li⁺擴散困難、倍率差、內阻大、極化大等，即功率性能差是其不可忽視的短板。內阻是影響電池功率性能和放電效率的重要因素，內阻越大，電池的倍率性能越差，且在存儲和循環中增加的越快。而內阻與電池結構、電池材料特性和制造工藝相關，并隨著環境溫度和荷電狀態的變化而變化。因此，開發低內阻電池是提升電池功率性能的關鍵，同時掌握電池內阻的變化規律對電池壽命預測具有非常重要的現實意義。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種低內阻三元單晶極片的制備方法，解決三元單晶材料顆粒大、倍率差、內阻大、極化大、功率性能不佳等問題。

本發明的技術方案為：

一種低內阻三元單晶極片的制備方法，具體包括有以下步驟：

(1)、將石墨烯在無水乙醇中超聲分散，隨后將分散好的石墨烯溶液加入到鈦酸鑭鋰和三元單晶材料的混合懸浮液中，充分混合均勻后，轉移至高溫高壓的水熱釜中于80-120℃反應10-20h；取出干燥后，再在300-600℃下于惰性氣氛下煅燒3-6h即可得到包覆均勻的三元單晶/鈦酸鑭鋰/石墨烯復合材料；其中，鈦酸鑭鋰和石墨烯材料作為包覆材料包覆于三元單晶材料的表面；

(2)、控制三元單晶/鈦酸鑭鋰/石墨烯復合材料的粒徑分布在D₁₀＝2.5-3.5um，D₅₀＝4.5-5.5um，D₉₀＝7.5-8.5um；

(3)、將三元單晶/鈦酸鑭鋰/石墨烯復合材料連同導電劑和粘結劑進行合漿、然后涂布在正極集流體上，干燥、輥壓后得到低內阻三元單晶極片。

所述的鈦酸鑭鋰的包覆量占三元單晶材料質量的0.5-1％，所述的石墨烯的包覆量占三元單晶材料質量的0.05-0.1％。