专利名称：一种用于便携式游戏机的锂离子电池的正极的制备方法
技术领域：
本发明涉及便携式游戏机的电源领域，尤其涉及一种用于便携式游戏机的锂离子电池的正极的制备方法。
背景技术：
以PSP为代表的便携式游戏机的的日益普及，人们对便携式游戏机的性能要求也越来越高，表现尤为突出的是对游戏机的电池续航时间的要求越来越高，同时，用户也希望能够节约电池的充电时间,此外对于电池的重复使用寿命的要求也越来越高。锂离子电池锂离子电池是性能卓越的新一代绿色环保、可再生的化学能源，其能量密度高，循环性能好，乃是便携式游戏机的电池首选。便携式游戏机在选用电池时主要需要考虑容量、电池循环稳定性能(决定电池的使用寿命)、环境适应性能以及充电速率等。锂离子二次电池由正极、负极、非水电解质等组成，其中锂离子二次电池的正极对于电池能量密度、容量和充放电性能的具有重要的影响。锂离子电池正极材料主要有LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4和LiFePO4等，目前使用的正极材料都有各自的缺点=LiCoO2的价格高，充电电压超过4.2V后结构不稳定，安全性变差；LiNi02的循环性能不好，吸水性强，储存性能差；LiMn204电池合成性能好、结构稳定的正极材料锰酸锂是锂离子蓄电池电极材料的关键，锰酸锂是较有前景的锂离子正极材料之一，但其高温循环性能差，在电解液中有一定的溶解性，储存性能差，电化学稳定性差大大限制了其产业化。因此，这些锂离子电池正极材料无法满足锂离子电池向比容量高、寿命长`、成本低和环境兼容方面发展的需求。因此，需要对这些正极材料进行改性处理。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的主要目的在于提供一种用于便携式游戏机的锂离子电池的正极的制备方法，以提高便携式游戏机的电池续航时间、使用寿命以及充电速率。为了实现上述目的，本发明公开了一种用于便携式游戏机的锂离子电池的正极的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤:
(I)制备正极活性物质
按物质的摩尔比Li: V: P =Mg = 2.7-2.9: 2: 3:0.3-0.1称取四氟硼酸锂、五氧化二钒、磷酸铵和碳酸镁，将所称取的固体物料置于球磨机中，加入去离子水进行湿球磨，得到湿凝胶；
以钒的摩尔比为1-3 %称取氧化钇，溶于氨水中，得到钇酸铵，于60-80 V水浴中加热除去多余的氨水，加入到上述湿凝胶中，充分搅拌，得到掺杂了钇的锂钒镁磷的前驱体； 将上述前驱体球磨后的混合物置于氮气气氛下煅烧，先在700-800°C下保温5-7小时，然后在900-1000°C下保温6-8小时，随炉冷却至室温，得到正极活性物质；
(2)制备导电剂
其中导电剂为多孔碳纳米管和炭黑组成复合物，其制备方法为:按质量比1:1-2称取一定量的多孔碳纳米管和炭黑，在水中超声分散，制成两者总重量含量为2-3%的低浓度母液；母液经过抽滤分离出水，干燥后得到导电剂；
(3)制备正极浆料
以N-甲基吡咯烷酮为溶剂配置正极浆料，正极采用的材料及其重量份配比为:
上述活性物质85-90 上述导电剂 5-10 丁腈橡胶2-3
浆料的固含量为70-75%，首先根据浆料固含量及其配比将丁腈橡胶加入N-甲基吡咯烷酮中，进行真空搅拌2-3小时，然后加入活性物质和导电剂，加完料搅拌10-12小时，得到的浆料过200目筛3-5次；
(4)制作正极片
将上述浆料涂布在基材厚度为10_15um铜箔上，涂布后置于烤箱烘烤，烘烤温度为为120-140°C，冷却后辊压，正极压实密度为4.2-4.3g/cm3，然后根据电池极片的制作规格把辊压好的极片进行横切和分切出需要尺寸，得到正极片。优选的，在步骤(2)中所述的多孔纳米管的管外径20-30nm，炭黑的粒径为10_20nm。优选的，在步骤(4)中所述的正极涂布面密度为50-70mg/cm2。本发明的效果在于:
采用掺杂稀土元素钇的多元正极活性材料，以获得较大的能量密度以及循环稳定性，在正极浆料中添加了处理后的多孔纳米管和炭黑的混合导电剂，提高了正极材料的导电性能。使用该材料制备的锂离子电池用于便携式游戏机时，可以满足用户的电池长续航能力、快速充电速度以及延长游戏机(特别是电池和机身一体的游戏机)使用寿命的需求。
具体实施例方式实施例1
按物质的摩尔比Li: V: P =Mg = 2.7: 2: 3:0.3称取四氟硼酸锂、五氧化二钒、磷酸铵和碳酸镁，将所称取的固体物料置于球磨机中，加入去离子水进行湿球磨，得到湿凝胶。以钒的摩尔比为I %称取氧化钇，溶于氨水中，得到钇酸铵，于60°C水浴中加热除去多余的氨水，加入到上述湿凝胶中，充分搅拌，得到掺杂了钇的锂钒镁磷的前驱体。将上述前驱体球磨后的混合物置于氮气气氛下煅烧，先在700°C下保温7小时，然后在900°C下保温8小时，随炉冷却至室温，得到正极活性物质。由多孔碳纳米管和炭黑组成复合导电剂，所述的多孔纳米管的管外径20-30nm，炭黑的粒径为10-20nm，按质量比1:1称取一定量的多孔碳纳米管和炭黑，在水中超声分散，制成两者总重量含量为2%的低浓度母液；母液经过抽滤分离出水，干燥后得到导电剂。
以N-甲基吡咯烷酮为溶剂配置正极浆料，正极采用的材料及其重量份配比为: 上述活性物质85
上述导电剂 5 丁腈橡胶2
浆料的固含量为70%，首先根据浆料固含量及其配比将丁腈橡胶加入N-甲基吡咯烷酮中，进行真空搅拌2小时，然后加入活性物质和导电剂，加完料搅拌10小时，得到的浆料过200目筛3次。将上述浆料涂布在基材厚度为IOum铜箔上，所述的正极涂布面密度为50mg/cm2，涂布后置于烤箱烘烤，烘烤温度为为120°C，冷却后辊压，正极压实密度为4.2g/cm3，然后根据电池极片的制作规格把辊压好的极片进行横切和分切出需要尺寸，得到正极片。实施例2
按物质的摩尔比Li: V: P =Mg = 2.9: 2: 3: 0.1称取四氟硼酸锂、五氧化二钒、磷酸铵和碳酸镁，将所称取的固体物料置于球磨机中，加入去离子水进行湿球磨，得到湿凝胶。以钒的摩尔比为3%称取氧化钇，溶于氨水中，得到钇酸铵，于80°C水浴中加热除去多余的氨水，加入到上述湿凝胶中，充分搅拌，得到掺杂了钇的锂钒镁磷的前驱体。将上述前驱体球磨后的混合物置于氮气气氛下煅烧，先在800°C下保温5小时，然后在1000°C下保温6小时，随炉冷却至室温，得到正极活性物质。由多孔碳纳米管和炭黑组成复合导电剂，所述的多孔纳米管的管外径20_30nm，炭黑的粒径为10-20nm，按质量比1:2称取一定量的多孔碳纳米管和炭黑，在水中超声分散，制成两者总重量含量为3%的低浓度母液；母液经过抽滤分离出水，干燥后得到导电剂。以N-甲基吡咯烷酮为溶剂配置正极浆料，正极采用的材料及其重量份配比为: 上述活性物质90
上述导电剂 10 丁腈橡胶3
浆料的固含量为75%，首先根据浆料固含量及其配比将丁腈橡胶加入N-甲基吡咯烷酮中，进行真空搅拌3小时，然后加入活性物质和导电剂，加完料搅拌12小时，得到的浆料过200目筛5次。将上述浆料涂布在基材厚度为15um铜箔上，所述的正极涂布面密度为70mg/cm2，涂布后置于烤箱烘烤，烘烤温度为为140°C，冷却后辊压，正极压实密度为4.3g/cm3，然后根据电池极片的制作规格把辊压好的极片进行横切和分切出需要尺寸，得到正极片。比较例
制作完导电剂后，用双臂式混练机将作为正极活性物质的平均粒径为10 μ m的钴酸锂、作为粘结剂的PVdF的NMP溶液、作为导电剂的碳纳米管和乙炔黑和作为分散介质的适量的NMP进行搅，制成正极浆料。PVdF的固形部分、碳纳米管和乙炔黑组成的导电剂的混合t匕，相对于100重量份的钴酸锂，分别为5重量份、4重量份。接着，按实施例一的方法将正极浆料涂布在厚度为15μπι的由铝箔上。使涂布的正极浆料干燥，用轧辊轧制，剪切后形成锂离子正极。将实施例一、二及比较例所得正极片，剪切成相同规格。以金属锂片作为对电极和参比电极，Clegard2500作隔膜，lmol/L LiPF6的EC+DMC(体积比1:1)溶液为电解液，在充满氩气的手套箱中装配成PSP通配电池。然后将制备的电池测试其电化学性能:经测试该实施例一和二的的材料与比较例的正极相比，首次放电比容量提升了 50-60%以上，循环寿命提高了 2倍以上，充电速率提高了 2倍以上。
权利要求
1.一种用于便携式游戏机的锂离子电池的正极的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤: (1)制备正极活性物质 按物质的摩尔比Li: V: P =Mg = 2.7-2.9: 2: 3:0.3-0.1称取四氟硼酸锂、五氧化二钒、磷酸铵和碳酸镁，将所称取的固体物料置于球磨机中，加入去离子水进行湿球磨，得到湿凝胶； 以钒的摩尔比为1-3%称取氧化钇，溶于氨水中，得到钇酸铵，于60-80°C水浴中加热除去多余的氨水，加入到上述湿凝胶中，充分搅拌，得到掺杂了钇的锂钒镁磷的前驱体； 将上述前驱体球磨后的混合物置于氮气气氛下煅烧，先在700-800°C下保温5-7小时，然后在900-1000°C下保温6-8小时，随炉冷却至室温，得到正极活性物质； (2)制备导电剂 其中导电剂为多孔碳纳米管和炭黑组成复合物，其制备方法为:按质量比1:1-2称取一定量的多孔碳纳米管和炭黑，在水中超声分散，制成两者总重量含量为2-3%的低浓度母液；母液经过抽滤分离出水，干燥后得到导电剂； (3)制备正极浆料 以N-甲基吡咯烷酮为溶剂配置正极浆料，正极采用的材料及其重量份配比为: 上述活性物质85-90 上述导电剂 5-10 丁腈橡胶2-3 浆料的固含量为70-75%，首先根据浆料固含量及其配比将丁腈橡胶加入N-甲基吡咯烷酮中，进行真空搅拌2-3小时，然后加入活性物质和导电剂，加完料搅拌10-12小时，得到的浆料过200目筛3-5次； (4)制作正极片 将上述浆料涂布在基材厚度为10_15um铜箔上，涂布后置于烤箱烘烤，烘烤温度为为120-140°C，冷却后辊压，正极压实密度为4.2-4.3g/cm3，然后根据电池极片的制作规格把辊压好的极片进行横切和分切出需要尺寸，得到正极片。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的多孔纳米管的管外径20-30nm，炭黑的粒径为10_20nm。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中所述的正极涂布面密度为50_70mg/cm2。
全文摘要
本发明涉及一种用于便携式游戏机的锂离子电池的正极的制备方法，该方法包括如下步骤(1)制备掺杂钇的锂钒镁磷的前驱体；将上述前驱体球磨后的混合物置于氮气气氛下煅烧，得到正极活性物质；(2)制备碳导电剂；(3)以N-甲基吡咯烷酮为溶剂配置正极浆料，然后加入活性物质和导电剂，搅拌，得到的浆料过200目筛3-5次；(4)制备正极片。本发明采用掺杂稀土元素钇的多元正极活性材料，以获得较大的能量密度以及循环稳定性，在正极浆料中添加了处理后的多孔纳米管和炭黑的混合导电剂，提高了正极材料的导电性能。
文档编号H01M4/139GK103199260SQ20131011841
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月8日 优先权日2013年4月8日
发明者严建泗 申请人:严建泗