[發(fā)明專利]一種水系鋰離子電池正極材料生產及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310472805.5
• 申請日: 2023-04-28
• 公開（公告）號: CN116344822A
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發(fā)明（設計）人: 張靖佳;魏鄭柏荷;王振波;趙磊;王紅霞
• 申請（專利權）人: 哈爾濱師范大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M10/38;H01M10/36;H01M4/04;H01M10/42
• 代理公司: 北京箐昱專利代理事務所(普通合伙) 16105
• 代理人: 鄭晶鑫

本發(fā)明公開了一種水系鋰離子電池正極材料生產及其制備方法，本發(fā)明涉及鋰離子電池材料技術領域，包括表面結合有活性材料層的正極極片，還包括將所述正極極片活性材料層真空封裝其內的固態(tài)電解質膜包覆層；所述活性材料層用封邊涂覆有粘結劑的所述固態(tài)電解質膜進行真空封裝。本發(fā)明通過對錳酸鋰中的錳位進行摻雜，改善水系鋰離子電池正極材料的晶體結構和表面穩(wěn)定性，有效地提高了水系鋰離子電池的循環(huán)壽命，制備方法工藝簡單，條件易控，效率高，產品合格率高，適于工業(yè)化生產。

技術領域

本發(fā)明涉及鋰離子電池材料技術領域，具體涉及一種水系鋰離子電池正極材料生產及其制備方法。

背景技術

隨著低碳經(jīng)濟的方興未艾，鋰離子電池正朝著動力汽車和電網(wǎng)儲能等方向積極發(fā)展，開發(fā)能量密度高、循環(huán)壽命長、高安全、低成本的鋰離子電池已成為業(yè)界研究的重點。當前的有機溶劑體系的鋰離子電池擁有電壓高，能量密度高，循環(huán)性能好的特點，在便攜式數(shù)碼產品，如手機，相機，筆記本電腦中得以廣泛應用，同時在電動自行車領域上也開始逐漸開始應用，但由于電池里面使用的是有機溶劑，使得電池的安全性一直是影響鋰離子電池在動力汽車上的應用，有機溶劑在電池發(fā)生短路或過充電等濫用時，容易起火，并有可能爆炸，對使用者的人身安全構成威脅。

近年來，水系的鋰離子電池開始研究，水系鋰離子電池由于使用的是水作為電解液的溶劑，因此在發(fā)生一些濫用時，也不會起火，更不會發(fā)生爆炸，是個理想的選擇。

經(jīng)檢索，中國專利授權號為CN105845972A的專利，公開了一種纖維狀水系鋰離子電池及其制備方法。該纖維狀水系鋰離子電池由聚酰亞胺/碳納米管復合纖維作負極，錳酸鋰/碳納米管纖維作正極，硫酸鋰水溶液為電解液。

但是上述材料作為鋰離子正極時，由于錳酸鋰自身電化學性能的不足，上述文獻中均采用錳酸鋰與其他材料的復合材料作為正極材料，制備成本高。納米顆粒自組裝而成的微納復合結構能同時提高電子和離子導電性，有利于電池性能發(fā)揮；但通常合成特殊結構的微納復合結構都比較困難，通常需要用到水熱等產量低、不適合于大規(guī)模生產的方法。所以還需要發(fā)展成本低廉、簡單易行、適于大規(guī)模生產的微納復合結構的制備方法。故此，我們提出一種水系鋰離子電池正極材料生產及其制備方法。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種水系鋰離子電池正極材料生產及其制備方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：一種水系鋰離子電池正極材料生產及其制備方法，包括表面結合有活性材料層的正極極片，還包括將所述正極極片活性材料層真空封裝其內的固態(tài)電解質膜包覆層；所述活性材料層用封邊涂覆有粘結劑的所述固態(tài)電解質膜進行真空封裝。

作為本發(fā)明進一步的方案：所述固態(tài)電解質膜為具有LISICON結構的鋰離子固體電解質膜、具有NASICON結構的鋰離子固體電解質膜、具有鈣鈦礦結構的鋰離子固體電解質膜、石榴石結構的鋰離子固體電解質膜、氧化物型玻璃態(tài)鋰離子固體電解質膜、硫化物型玻璃態(tài)鋰離子固態(tài)電解質膜中的任一種。

作為本發(fā)明再進一步的方案：所述固態(tài)電解質膜的厚度為8um～45um。上述固態(tài)電解質膜即固態(tài)電解質膜包覆層厚度的大小對水系鋰離子電池復合電極的性能有一定的影響，在研究中發(fā)現(xiàn)，如果厚度過小，雖然會增大鋰離子的嵌入/脫嵌能力，但是會降低固態(tài)電解質膜對電子的絕緣效果，從而會對水系鋰離子電池復合電極產生不利影響，厚度過大，雖然會增強固態(tài)電解質膜對電子的絕緣效果，但會增大鋰離子的傳遞路徑距離，從而影響水系鋰離子電池充放電性能。因此為了使得水系鋰離子電池復合電極具有優(yōu)異的上述性能，在優(yōu)選實施例中，固態(tài)電解質膜也即固態(tài)電解質膜包覆層的厚度為8um～45um。

作為本發(fā)明再進一步的方案：所述正極極片的活性材料層中的正極活性材料為LiCoO2、LiNiO2、LiNi0.5Mn1.5O4、LiMn2O4、LiFePO4、LiMnPO4、LiCoPO4和LiMxNiyCozO2中的至少一種；其中，M選自Al、Mn、Cu、Mg、Fe中至少的一種，x+y+z＝1。