一种锂离子电池正极及其制备工艺的制作方法

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体为一种锂离子电池正极及其制备工艺。

背景技术：

锂离子电池是一种二次电池，主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来充放电。锂离子电池主要由正极片、负极片、隔膜、外包装组成。锂离子电池以其高能量密度、弟子放电率、长循环寿命，商业化以来迅速占领了消费电子市场，随着能源危机和环境危机的加剧，世界各国大力发展新能源汽车，锂离子电池又成为动力电池的首选。且动力电池对于锂离子电池的要求，相比消费电池大大提高，续航里程的提升需求导致对于锂离子电池能量密度的提升需求，长周期质保要求锂离子电池具有更好的循环性能，大量锂电池单体组合使用对于锂离子电池的安全性能也提出了更苛刻的要求。正极通常由活性材料、导电添加剂、粘合剂通过溶剂制成浆料涂覆在正极集流体上，烘干碾压而成。最初对于正极的研究在于各种组分干重的比例，如导电添加剂和粘合剂的比例对性能的影响，导电添加剂的种类和数量对于欧姆内阻影响巨大，粘合剂对于脱粉和开裂影响较大。专利申请201810558165.9设计三元正极涂层上再涂覆一层磷酸铁锂正极涂层，以增加高温稳定性。专利申请201810545665.9则通过使用条纹涂布和发泡添加剂增加循环寿命。中国专利201510585298.1开发了一种胺酯类化合物作为添加剂来提高锂离子电池的高温储存性能。专利申请201910127505.7使用重量百分比约70:29:1的0.3微米粒径三元正极材料、10微米粒径三元材料、1微米磷酸锰铁锂的混合粒径正极材料来提高三元材料的能量密度和安全性。现有技术都没有考虑综合各类正极材料的电芯、pack能量密度和安全性来进行正极设计。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种锂离子电池正极，包括活性材料、导电添加剂、粘合剂、溶剂nmp。

优选的，所述活性材料为磷酸铁锂、三元材料、高镍材料中得一种或多种。

优选的，所述导电添加剂为碳纳米管、片层石墨中的一种或多种。

优选的，所述粘合剂为pvdf、ptfe、橡胶中的一种或多种。

本发明还提供了一种锂离子电池正极的制备工艺，该锂离子电池正极的制备工艺具体步骤如下：

s1：前期优化设计，具体步骤如下：

(1)倍率要求，选择导电添加剂的种类和比例，能量型选用碳纳米管，倍率性选用片层石墨；

(2)体积能量密度要求和重量能量密度要求，考虑pack能量密度成组效率，得出单体储能瓦时数；

(3)以磷酸铁锂180瓦时每公斤和三元锂电260瓦时每公斤，进行重量比例匹配，留出1％的余量使用锰酸锂；

(4)计算安全性最佳的磷酸铁锂和三元材料的粒径比值，锰酸锂的粒径选在前两种材料形成的空隙中；

(5)选择最佳的涂布粘度，计算粘合剂和溶剂用量；

s2：将粘合剂溶解到80％根据s1中设计设定的溶剂量中；

s3：将活性材料、导电添加剂初步搅拌混合，加入剩余20％溶剂，充分浸润；

s4：将活性材料、导电添加剂、溶剂的混合物转移到粘合剂溶液中，获得混合溶液；

s5：将s4中的混合溶液进行搅拌30-60分钟，再在高速分散设备中进行高速分散20-50分钟；

s6：上一步中进行高速分散后的物料再进行真空脱泡搅拌，搅拌时间40-50分钟；

s7：将上一步中真空脱泡搅拌的物料转移到储料罐和涂布槽的循环系统中，将浆料涂布到集流体上，然后进行烘干，碾压，制成锂离子电池正极。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明充电锰酸锂保护，放电磷酸铁锂保护，大大延长三元材料的循环寿命。三元材料不互相接触，过充过放机会少，安全性最大化。大量使用磷酸铁锂，成本比三元锂电降低约30％。增加电芯工艺和尺寸的通用性。

附图说明

图1为正极设计过程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种锂离子电池正极，包括活性材料、导电添加剂、粘合剂、溶剂nmp。所述活性材料为磷酸铁锂、三元材料、高镍材料中得一种或多种。所述导电添加剂为碳纳米管、片层石墨中的一种或多种。所述粘合剂为pvdf、ptfe、橡胶中的一种或多种。

本发明还提供了一种锂离子电池正极的制备工艺，该锂离子电池正极的制备工艺具体步骤如下：

s1：前期优化设计，具体步骤如下：

(1)倍率要求，选择导电添加剂的种类和比例，能量型选用碳纳米管，倍率性选用片层石墨；

(2)体积能量密度要求和重量能量密度要求，考虑pack能量密度成组效率，得出单体储能瓦时数；

(3)以磷酸铁锂180瓦时每公斤和三元锂电260瓦时每公斤，进行重量比例匹配，留出1％的余量使用锰酸锂；

(4)计算安全性最佳的磷酸铁锂和三元材料的粒径比值，锰酸锂的粒径选在前两种材料形成的空隙中；

(5)选择最佳的涂布粘度，计算粘合剂和溶剂用量；

s2：将粘合剂溶解到80％根据s1中设计设定的溶剂量中；

s3：将活性材料、导电添加剂初步搅拌混合，加入剩余20％溶剂，充分浸润；

s4：将活性材料、导电添加剂、溶剂的混合物转移到粘合剂溶液中，获得混合溶液；

s5：将s4中的混合溶液进行搅拌30分钟，再在高速分散设备中进行高速分散20分钟；

s6：上一步中进行高速分散后的物料再进行真空脱泡搅拌，搅拌时间40-50分钟；

s7：将上一步中真空脱泡搅拌的物料转移到储料罐和涂布槽的循环系统中，将浆料涂布到集流体上，然后进行烘干，碾压，制成锂离子电池正极。

实施例2

一种锂离子电池正极，包括活性材料、导电添加剂、粘合剂、溶剂nmp。所述活性材料为磷酸铁锂、三元材料、高镍材料中得一种或多种。所述导电添加剂为碳纳米管、片层石墨中的一种或多种。所述粘合剂为pvdf、ptfe、橡胶中的一种或多种。

本发明还提供了一种锂离子电池正极的制备工艺，该锂离子电池正极的制备工艺具体步骤如下：

s1：前期优化设计，具体步骤如下：

(1)倍率要求，选择导电添加剂的种类和比例，能量型选用碳纳米管，倍率性选用片层石墨；

(2)体积能量密度要求和重量能量密度要求，考虑pack能量密度成组效率，得出单体储能瓦时数；

(3)以磷酸铁锂180瓦时每公斤和三元锂电260瓦时每公斤，进行重量比例匹配，留出1％的余量使用锰酸锂；

(4)计算安全性最佳的磷酸铁锂和三元材料的粒径比值，锰酸锂的粒径选在前两种材料形成的空隙中；

(5)选择最佳的涂布粘度，计算粘合剂和溶剂用量；

s2：将粘合剂溶解到80％根据s1中设计设定的溶剂量中；

s3：将活性材料、导电添加剂初步搅拌混合，加入剩余20％溶剂，充分浸润；

s4：将活性材料、导电添加剂、溶剂的混合物转移到粘合剂溶液中，获得混合溶液；

s5：将s4中的混合溶液进行搅拌40分钟，再在高速分散设备中进行高速分散35分钟；

s6：上一步中进行高速分散后的物料再进行真空脱泡搅拌，搅拌时间40-50分钟；

s7：将上一步中真空脱泡搅拌的物料转移到储料罐和涂布槽的循环系统中，将浆料涂布到集流体上，然后进行烘干，碾压，制成锂离子电池正极。

实施例3

本车型原设计使用能量密度260瓦时每公斤的三元锂电行驶400公里。

在增程式电动汽车平台，配置8千瓦增程发电机，300公里纯电里程，一次行驶里程600公里。

由于是增程式电动汽车，需要在休息区吃饭休息的半个小时补满电，因此需要最大充放电功率2c。导电添加剂6％，3％碳纳米纤维和3％片层石墨。

由于使用重量能量密度216瓦时每公斤的三元锂电能行走400公里，因此使用同样的单体外壳，pack不做任何改动，单体的能量密度需要195。

需要留出1％的重量给锰酸锂，因为锰酸锂能够给三元材料做过充保护，磷酸铁锂给三元材料做过放保护。能量密度需要197。因为导电添加剂比能量型多3％，实际活性材料的能量密度要按203来算。三元材料：磷酸铁锂重量比为29：71。

因为这个比例磷酸铁锂粉末完全能将三元粉末粒子分隔开使之不互相接触，选择三元粒径：磷酸铁锂约为4：1。

在本例中，主要成为为磷酸铁锂，按3％重量比例选用粘合剂用量。

浆料粘合，按涂布设备工艺要求进行工艺优化.

本发明充电锰酸锂保护，放电磷酸铁锂保护，大大延长三元材料的循环寿命。三元材料不互相接触，过充过放机会少，安全性最大化。大量使用磷酸铁锂，成本比三元锂电降低约30％。增加电芯工艺和尺寸的通用性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。