一种大容量高功率锂动力电池正极浆料及其制备方法与流程

文档序号:12474549阅读:393来源:国知局

本发明涉及锂动力电池领域,具体的涉及一种大容量高功率锂动力电池正极浆料。



背景技术:

在能源短缺、环境污染日趋严重的今天,寻求可再生能源已经成为人类紧迫的任务。清洁环保的新型交通工具──电动汽车就是在这样的大环境下被提出来的,它对于改善人类赖以生存的环境,减少因不可再生资源的枯竭对人类生存和发展的制约都具有重大的经济和战略意义。近几年石油价格不断攀升,世界各发达国家对电动汽车的开发如火如荼,产业化进程不断向前推进。

作为电动车应用的动力电池应具有以下特点:(1)高能量和高功率;(2)高能量密度;(3)优良的循环性能,使用寿命长;(4)能快速充放电,抗过冲电能力好;(5)安全可靠;(6)成本低;(7)无公害。

锂离子电池是近年来发展起来的一种新型绿色环保电池,具有能量密度高、自放电小、循环寿命长、无记忆效应和环境污染小等优点,在电子工业、通信产业和计算机上被广泛使用,但作为动力电池应用方面,因为动力电池特殊的使用环境,对电池提出了更高的要求,对于电池的安全性要求,正极材料的选择十分关键。目前,在锂离子电池中使用量最多的正极材料有以下几种:层状的钴酸锂(LiCoO2)和镍钴锰酸锂(LiCoxNiyMnzO2)、尖晶石锰酸锂(LiMn2O4)以及不同聚阴离子型的正极材料(LiMPO4)。但是,其作为正极活性物质时,使用量较大,在充放电过程中易出现极化现象,大电流高倍率下容量大幅度下降,制得电池性能较差,且循环性能不稳定。



技术实现要素:

本发明的目的是提供一种大容量高功率锂动力电池正极浆料,其稳定性好,正极活性物质的利用率高,电流密度大,比容量大,可以有效提高电池的充放电循环性能。

本发明的另一个目的是提供该锂动力电池正极浆料的制备方法。

为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:

一种大容量高功率锂动力电池正极浆料,以重量份计,包括以下组分:

磷酸铁锂30-60份,镍钴锰酸锂45-60份,

碳纳米纤维0.7-1份,Nb3Al超导材料0.5-0.8份,

十二烷基苯磺酸钠0.06-0.35份,聚乙二醇0.12-0.3份,

海藻胶2-6份,粘结剂10-20份,去离子水40-60份。

作为上述技术方案的优选,所述碳纳米纤维的直径为10-15nm,长度为500-800μm。

作为上述技术方案的优选,所述粘结剂为聚乙烯醇、羧甲基纤维素、甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素中的一种或几种混合。

作为上述技术方案的优选,所述Nb3Al超导材料的制备方法包括以下步骤:

(a)将纯度为99.99%的Nb粉均匀铺洒在石英舟内,放入管式炉,通入氢气和氩气的混合气,在300-400℃的温度区间下加热,保温2.5-3h,随炉冷却后取出,得到预处理铌粉;

(b)按Nb3Al分子式中Nb与Al原子摩尔比为3:1进行配料,称取纯度为99.99%的铝粉和步骤(a)制得的预处理铌粉,然后将二者放入玛瑙研钵中,研磨混合均匀,然后使用模具压制成块状料坯,用铌箔包裹;

(c)将包裹好的块状料坯放入石英舟内,然后将石英舟放入管式炉中,在氢气和氩气的混合气保护下,将炉温升温至1380-1420℃,保温6-10h,然后快速冷却至室温,得到Nb3Al超导材料。

作为上述技术方案的优选,步骤(a)中,所述氢气和氩气的混合气中,氢气和氩气的体积分数分别为:4.7-98.85%、1.15-95.3%。

作为上述技术方案的优选,步骤(b)中,所述压制成形时,压制压力为8-12MPa。

作为上述技术方案的优选,步骤(c)中,所述氢气和氩气的混合气中,氢气和氩气的体积分数分别为4.5%、95.5%。

一种大容量高功率锂动力电池正极浆料的制备方法,包括以下步骤:

(1)采用干法研磨将磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、碳纳米纤维、Nb3Al超导材料混合研磨均匀,得到混合物粉末;

(2)将海藻胶、粘结剂和去离子水混合均匀,超声30-50min,加入十二烷基苯磺酸钠和聚乙二醇后继续超声1-2h,得到混合胶液;

(3)将步骤(1)得到的混合物粉末和步骤(2)得到的混合胶液混合,500W下超声2-3h,然后在剪切乳化机中搅拌处理20-60min,得到大容量高功率锂动力电池正极浆料。

作为上述技术方案的优选,步骤(1)中,所述超声的功率为800W。

作为上述技术方案的优选,步骤(3)中,所述搅拌处理时的转速为3000-5000转/分。

与现有技术相比,本发明具有以下优点:

本发明提供的正极浆料采用磷酸铁锂、镍钴锰酸锂复合作为正极活性物质,并添加适量的碳纳米纤维、Nb3Al超导材料作为复合添加剂,使得有效提高了正极活性物质的利用率,制得的正极浆料倍率高,克容量大,而且本发明还添加十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇作为分散剂,大大提高了正极浆料的均一稳定性,也可以有效改善电池的循环性能,且该浆料制备方法简单,易于操作,成本低。

具体实施方式:

为了更好的理解本发明,下面通过实施例对本发明进一步说明,实施例只用于解释本发明,不会对本发明构成任何的限定。

实施例1

一种大容量高功率锂动力电池正极浆料,以重量份计,包括以下组分:

磷酸铁锂30份,镍钴锰酸锂45份,

碳纳米纤维0.7份,Nb3Al超导材料0.5份,

十二烷基苯磺酸钠0.06份,聚乙二醇0.12份,

海藻胶2份,粘结剂10份,去离子水40份。

其制备方法包括以下步骤:

(1)Nb3Al超导材料的制备:

a)将纯度为99.99%的Nb粉均匀铺洒在石英舟内,放入管式炉,通入体积分数为4.7%氢气和95.3%氩气的混合气,在300℃的温度区间下加热,保温3h,随炉冷却后取出,得到预处理铌粉;

b)按Nb3Al分子式中Nb与Al原子摩尔比为3:1进行配料,称取纯度为99.99%的铝粉和步骤a)制得的预处理铌粉,然后将二者放入玛瑙研钵中,研磨混合均匀,然后使用模具压制成块状料坯,压制压力为8MPa,用铌箔包裹;

c)将包裹好的块状料坯放入石英舟内,然后将石英舟放入管式炉中,在体积分数为4.5%氢气和95.5%氩气的混合气保护下,将炉温升温至1380℃,保温10h,然后快速冷却至室温,得到Nb3Al超导材料;

(2)采用干法研磨将磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、碳纳米纤维、Nb3Al超导材料混合研磨均匀,得到混合物粉末;

(3)将海藻胶、粘结剂和去离子水混合均匀,800W功率下超声30min,加入十二烷基苯磺酸钠和聚乙二醇后继续超声1h,得到混合胶液;

(4)将步骤(2)得到的混合物粉末和步骤(3)得到的混合胶液混合,500W下超声2h,然后在剪切乳化机中在3000转/分的状态下搅拌处理60min,得到大容量高功率锂动力电池正极浆料。

实施例2

一种大容量高功率锂动力电池正极浆料,以重量份计,包括以下组分:

磷酸铁锂60份,镍钴锰酸锂60份,

碳纳米纤维1份,Nb3Al超导材料0.8份,

十二烷基苯磺酸钠0.35份,聚乙二醇0.3份,

海藻胶6份,粘结剂20份,去离子水60份。

其制备方法包括以下步骤:

(1)Nb3Al超导材料的制备:

a)将纯度为99.99%的Nb粉均匀铺洒在石英舟内,放入管式炉,通入体积分数为98.85%氢气和1.15%氩气的混合气,在400℃的温度区间下加热,保温2.5h,随炉冷却后取出,得到预处理铌粉;

b)按Nb3Al分子式中Nb与Al原子摩尔比为3:1进行配料,称取纯度为99.99%的铝粉和步骤a)制得的预处理铌粉,然后将二者放入玛瑙研钵中,研磨混合均匀,然后使用模具压制成块状料坯,压制压力为12MPa,用铌箔包裹;

c)将包裹好的块状料坯放入石英舟内,然后将石英舟放入管式炉中,在体积分数为4.5%氢气和95.5%氩气的混合气保护下,将炉温升温至1420℃,保温6h,然后快速冷却至室温,得到Nb3Al超导材料;

(2)采用干法研磨将磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、碳纳米纤维、Nb3Al超导材料混合研磨均匀,得到混合物粉末;

(3)将海藻胶、粘结剂和去离子水混合均匀,800W功率下超声50min,加入十二烷基苯磺酸钠和聚乙二醇后继续超声1h,得到混合胶液;

(4)将步骤(2)得到的混合物粉末和步骤(3)得到的混合胶液混合,500W下超声3h,然后在剪切乳化机中在5000转/分的状态下搅拌处理20min,得到大容量高功率锂动力电池正极浆料。

实施例3

一种大容量高功率锂动力电池正极浆料,以重量份计,包括以下组分:

磷酸铁锂40份,镍钴锰酸锂50份,

碳纳米纤维0.8份,Nb3Al超导材料0.6份,

十二烷基苯磺酸钠0.16份,聚乙二醇0.18份,

海藻胶3份,粘结剂13份,去离子水45份。

其制备方法包括以下步骤:

(1)Nb3Al超导材料的制备:

a)将纯度为99.99%的Nb粉均匀铺洒在石英舟内,放入管式炉,通入体积分数为35.5%氢气和64.5%氩气的混合气,在330℃的温度区间下加热,保温2.6h,随炉冷却后取出,得到预处理铌粉;

b)按Nb3Al分子式中Nb与Al原子摩尔比为3:1进行配料,称取纯度为99.99%的铝粉和步骤a)制得的预处理铌粉,然后将二者放入玛瑙研钵中,研磨混合均匀,然后使用模具压制成块状料坯,压制压力为9MPa,用铌箔包裹;

c)将包裹好的块状料坯放入石英舟内,然后将石英舟放入管式炉中,在体积分数为4.5%氢气和95.5%氩气的混合气保护下,将炉温升温至1390℃,保温7h,然后快速冷却至室温,得到Nb3Al超导材料;

(2)采用干法研磨将磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、碳纳米纤维、Nb3Al超导材料混合研磨均匀,得到混合物粉末;

(3)将海藻胶、粘结剂和去离子水混合均匀,800W功率下超声35min,加入十二烷基苯磺酸钠和聚乙二醇后继续超声1.4h,得到混合胶液;

(4)将步骤(2)得到的混合物粉末和步骤(3)得到的混合胶液混合,500W下超声2.3h,然后在剪切乳化机中在3500转/分的状态下搅拌处理50min,得到大容量高功率锂动力电池正极浆料。

实施例4

一种大容量高功率锂动力电池正极浆料,以重量份计,包括以下组分:

磷酸铁锂50份,镍钴锰酸锂54份,

碳纳米纤维0.85份,Nb3Al超导材料0.7份,

十二烷基苯磺酸钠0.25份,聚乙二醇0.22份,

海藻胶4份,粘结剂16份,去离子水50份。

其制备方法包括以下步骤:

(1)Nb3Al超导材料的制备:

a)将纯度为99.99%的Nb粉均匀铺洒在石英舟内,放入管式炉,通入体积分数为64.5%氢气和35.5%氩气的混合气,在360℃的温度区间下加热,保温2.7h,随炉冷却后取出,得到预处理铌粉;

b)按Nb3Al分子式中Nb与Al原子摩尔比为3:1进行配料,称取纯度为99.99%的铝粉和步骤a)制得的预处理铌粉,然后将二者放入玛瑙研钵中,研磨混合均匀,然后使用模具压制成块状料坯,压制压力为10MPa,用铌箔包裹;

c)将包裹好的块状料坯放入石英舟内,然后将石英舟放入管式炉中,在体积分数为4.5%氢气和95.5%氩气的混合气保护下,将炉温升温至1400℃,保温8h,然后快速冷却至室温,得到Nb3Al超导材料;

(2)采用干法研磨将磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、碳纳米纤维、Nb3Al超导材料混合研磨均匀,得到混合物粉末;

(3)将海藻胶、粘结剂和去离子水混合均匀,800W功率下超声40min,加入十二烷基苯磺酸钠和聚乙二醇后继续超声1.4h,得到混合胶液;

(4)将步骤(2)得到的混合物粉末和步骤(3)得到的混合胶液混合,500W下超声2.5h,然后在剪切乳化机中在4000转/分的状态下搅拌处理40min,得到大容量高功率锂动力电池正极浆料。

实施例5

一种大容量高功率锂动力电池正极浆料,以重量份计,包括以下组分:

磷酸铁锂55份,镍钴锰酸锂58份,

碳纳米纤维0.9份,Nb3Al超导材料0.75份,

十二烷基苯磺酸钠0.3份,聚乙二醇0.26份,

海藻胶5份,粘结剂18份,去离子水55份。

其制备方法包括以下步骤:

(1)Nb3Al超导材料的制备:

a)将纯度为99.99%的Nb粉均匀铺洒在石英舟内,放入管式炉,通入体积分数为88.5%氢气和11.5%氩气的混合气,在390℃的温度区间下加热,保温2.8h,随炉冷却后取出,得到预处理铌粉;

b)按Nb3Al分子式中Nb与Al原子摩尔比为3:1进行配料,称取纯度为99.99%的铝粉和步骤a)制得的预处理铌粉,然后将二者放入玛瑙研钵中,研磨混合均匀,然后使用模具压制成块状料坯,压制压力为11MPa,用铌箔包裹;

c)将包裹好的块状料坯放入石英舟内,然后将石英舟放入管式炉中,在体积分数为4.5%氢气和95.5%氩气的混合气保护下,将炉温升温至1410℃,保温9h,然后快速冷却至室温,得到Nb3Al超导材料;

(2)采用干法研磨将磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、碳纳米纤维、Nb3Al超导材料混合研磨均匀,得到混合物粉末;

(3)将海藻胶、粘结剂和去离子水混合均匀,800W功率下超声45min,加入十二烷基苯磺酸钠和聚乙二醇后继续超声1.6h,得到混合胶液;

(4)将步骤(2)得到的混合物粉末和步骤(3)得到的混合胶液混合,500W下超声2.8h,然后在剪切乳化机中在4500转/分的状态下搅拌处理50min,得到大容量高功率锂动力电池正极浆料。

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