一种高容量锂离子电池正极片的制备方法
【专利摘要】一种高容量锂离子电池正极片的制备方法，包括：1）、将正极材料、导电剂和粘结剂加入到行星搅拌机中，高速搅拌，得正极粉体；2）、称取有机溶剂，有机溶剂总质量的40～60%加入正极粉体中，真空高速搅拌得正极膏体；3）、将有机溶剂总质量的20～30%加入正极膏体中，搅拌温度控制在25～35℃，真空高速搅拌60～100min；4）、将剩余的有机溶剂分次加入到正极膏体中调节粘度，过筛得到正极浆料；5）、将正极浆料涂覆于正极金属集流体的正反两面，烘干、辊压，得高容量锂离子电池正极片。本发明通过将粉体材料预先搅拌，再捏合，最后分散的方法，可以使不同密度材料组分混合更均匀，效率更高。
【专利说明】
_种局容量裡禹子电池正极片的制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及锂离子电池制造技术领域，具体来说是一种为智能手机、超级本、平板 电脑等数码产品提供能源的高容量锂离子电池正极片的制备方法。
【背景技术】
[0002] 锂离子电池是自上世纪90年代以来的新一代二次电池，具有能量密度大、循环寿 命长、工作电压高、无记忆效应、自放电小、工作温度范围宽等优点，在移动通讯、移动电脑、 电动汽车、航空航天、生物医学工程等各个领域得到了广泛的应用，是高新技术的关键产品 之一。近年来，各种电子产品逐渐向小型化、智能化和多功能化发展，如智能手机、超级本、 平板电脑等，这就对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求。
[0003] 锂离子电池以钴酸锂(LiCo〇2)、三元材料(LiNixCoyMn z〇2)、锰酸锂(LiMn2〇4)、磷酸 铁锂(LiFeP〇4)为主要的正极材料;其中钴酸锂(LiCo〇2)的能量密度最高，理论克比容量可 达到270mAh/g，但目前钴酸锂克比容量只能做到140 mAh/g~150mAh/g之间，最高电压也只 能充到4.2V，而且在制作电池时搅拌工艺繁锁复杂，先要进行打胶，然后再进行导电剂充分 分散，最后再加入主材料高速搅拌十几小时后才能完成浆料的制作。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种高容量锂离子电池正极片的制备方法，其主要目的在于克服现有 锂电池克比容量只能做到140150mAh/g、充电电压不高、且制作工艺繁琐等缺陷。
[0005] 本发明采用如下技术方案： 一种高容量锂离子电池，包括正极片、负极片和电解液，正极片包括正极浆料及正极金 属集流体，正极浆料由以下物质按重量百分比制成:正极材料9 5~98%、导电剂1~5%、粘结 剂1~4%，其中，正极材料采用表面经过Co(0H)2包覆过的LiCo〇2，该正极材料的粒度分布为 D10:3~7um，D50:9~18um，D90:16~30um。
[0006] 正极浆料的导电剂选自乙炔黑、VGCF、SP、磷片石墨中的至少两种混合，粘结剂选 自分子量大于一百万以上的聚偏氟乙稀，金属集流体选自厚度为10~18um的错箱。
[0007] 负极片包括：负极浆料及负极金属集流体，负极浆料由以下物质按重量百分比制 成：负极材料90~97%、导电剂0~4%、粘结剂2~8%，其中，负极材料采用以硅粉颗粒为基体， 表面包覆碳纳米管的娃碳合金复合材料。
[0008] 负极浆料的导电剂选自乙炔黑、VGCF、SP、磷片石墨中的一种，粘结剂选用丁笨橡 胶(SBR)和羧甲基纤维素钠(CMC)的混合物，金属集流体选自厚度为5~9um的铜箱。
[0009] 上述电解液选用电解液含有1摩尔/升的六氟磷酸锂、质量比为碳酸乙烯酯(EC): 碳酸二甲酯（DMC):碳酸甲乙酯（EMC) = 1:1:1的三种混合液以及含量0.5~6%的环己基苯 (CHB)〇
[0010] 上述高容量锂离子电池的制造工艺，包括以下步骤：（1)采用干法高速搅拌制备正 极片；（2)采用干法高速搅拌制备负极片；（3)按负极片、隔膜、正极片的方式进行卷绕，用铝 塑复合膜封装得电芯；（4)将电芯真空烘烤后，注入电解液，封口；（5)采用阶梯电流化成方 法对步骤(4)的电芯进行化成。
[0011] 其中，上述正极片的制备包括如下步骤： 1 )、将正极材料、导电剂和粘结剂加入到行星搅拌机中，高速搅拌60~120min，得正极 粉体； 2) 、按固液质量比正极粉:有机溶剂=3:1称取有机溶剂，有机溶剂总质量的40~60%加 入正极粉体中，真空高速搅拌100~180min，搅拌温度控制在30~60°C，得正极膏体； 3) 、将有机溶剂总质量的20~30%加入正极膏体中，搅拌温度控制在25~35°C，真空高 速揽摔60~lOOmin; 4) 、将剩余的有机溶剂分次加入到正极膏体中调节粘度，过筛得到正极浆料； 5) 、将过筛的正极浆料涂覆于正极金属集流体的正反两面，烘干、辊压，得高容量锂离 子电池正极片。
[0012] 上述正极片的压实密度为4 · 0~4 · 3g/cm3 〇
[0013] 上述负极片的制备包括如下步骤： 1 )、将负极材料、导电剂和CMC加入到行星搅拌机中，高速搅拌60~120min，得负极粉 体； 2) 、按固液比负极粉体:去离子水=1:1~1.2称取去离子水，并将去离子水总质量的40 ~60%加入到步骤1)的负极粉体中，真空高速搅拌100~180min，搅拌温度控制30~50°C，得 负极膏体； 3) 、将去离子水总质量的20~30%加入到负极膏体中，搅拌温度控制在25~35°C，真空 高速搅拌60~lOOmin; 4) 、将SBR加入到步骤3)中，搅拌温度控制在25~35°C，真空高速搅拌30~lOOmin; 5) 、将剩余的去离子水分次加入到步骤4)中，调节粘度，过筛得到负极浆料； 6) 、将过筛的负极浆料涂覆于负极金属集流体的正反两面，烘干、辊压，得高容量锂离 子电池负极片。
[0014] 上述负极片的压实密度为1.5~2.0g/cm3〇
[0015] 上述隔膜选用厚度为12~16um的PE微孔隔膜。
[0016] 上述的阶梯电流化成方法包括如下步骤： 1) 用0.2mA/cm2的电流充电至2.0V，或30~60min截止； 2) 用0.5mA/cm2的电流充电至2.5V，或120~180min截止； 3) 再用lmA/cm2的电流充电至3.1￥，或120~18〇11^11截止； 4 )最后用3mA/cm2的电流充电至4.4V，恒压充电截止电流为ImA/cm2或60min截止。
[0017] 由上述对本发明的描述可知，本发明的优点在于： 1、本发明的锂离子电池，具有能量密度高、优越的加工性能及高电压循环性能。
[0018] 2、本发明通过先用材料粒度分布宽，可以使材料粒子之间堆积紧密，使电池极片 压实密度大。
[0019] 3、本发明通过将粉体材料预先搅拌，再捏合，最后分散的方法，可以使不同密度材 料组分混合更均匀，效率更高。
[0020] 4、本发明阶梯电流化成方法使极片表面形成结构稳定、致密的SEI膜。
[0021] 5、本发明工艺简单、易控制和操作，稳定性好，容易实现工业化规模生产。
【附图说明】
[0022]图1是本发明实施例1锂电池4.4~3.0V的充放电曲线图； 图2是本发明实施例1锂电池4.4V~3.0V的循环性能曲线图。
【具体实施方式】 [0023] 实施例1 1、按以下步骤进行正极浆料制备 按质量分数比称取以下固体原料:94.5%钴酸锂、2%SP、1%VGCF、2.5%So 1 ef 5130，再称取 质量分数为以上各固体原料质量总和的1/3的有机溶剂匪P;并将各固体原料放入到120°C 真空烘箱中干燥4小时，真空为-0.1 MPa;再将钴酸锂、SP、VGCF和Solef5130加入到行星搅 拌机搅拌罐中，高速搅拌60min;接着加入60%的有机溶剂NMP，真空高速搅拌120min，搅拌温 度为45度;再加入30%有机溶剂NMP，真空高速搅拌60min，搅拌温度为30度;最后将剩余10% 有机溶剂NMP，进行浆料粘度调节，粘度范围为5000~8000厘帕。
[0024] 2、按以下步骤进行负极浆料制备 按质量分数比称取以下固体原料:94.5%娃碳合金材料、1%SP、1.5%CMC、2.5%SBR，再按 固液比为1:1.05称取蒸馏水；将硅碳合金材料、SP、CMC、SBR加入星行搅拌机中，高速搅拌 50min;接着加入60%的去离子水，真空高速搅拌120min，搅拌温度为45°C ;再加入30%去离子 水，真空高速搅拌60min，搅拌温度为30°C，最后加入SBR，真空高速搅拌60min，搅拌温度为 30°C，将剩余10%去离子水，进行浆料粘度调节，粘度范围为2000~5000厘帕。
[0025] 3、制片包装 将制备好的正、负极浆料，采用转移式涂布机分别涂在铝箱和铜箱的正反两面上，经烘 干后进行辊压，压实密度分别为:正极4.2 g/cm3,负极1.7 g/cm3。
[0026] 将上述各例制造的极片，按厚度4.5mm、宽度34mm、长度50mm电池工艺要求裁切成 所需的长度和宽度，然后按负极片、隔膜、正极片的方式进行卷绕，用铝塑复合膜封装，留一 边开口，得电芯。
[0027] 4、烘烤注液 将电芯经85度真空烘烤后，注入含有1摩尔/升的六氟磷酸锂、质量比为碳酸乙烯酯 (EC):碳酸二甲酯(DMC):碳酸甲乙酯(EMC)=1:1:1的三种混合物和含量2%的环己基苯(CHB) 电解液，封口。其中，六氟磷酸锂、三种混合液及环己基苯的比例为任意比。
[0028] 5、按以下方式进行化成： 1) 用0.2mA/cm2的电流充电至2.0V，或30~60min截止； 2) 用0.5mA/cm2的电流充电至2.5V，或120~180min截止； 3) 再用lmA/cm2的电流充电至3.1￥，或120~18〇11^11截止； 4 )最后用3mA/cm2的电流充电至4.4V，恒压充电截止电流为ImA/cm2或60min截止。
[0029]化成完后，电池进行真空抽气封口。
[0030] 本发明实施例锂电池4.4~3.0V的充放电曲线，参照图1，在图1中，横坐标为克比 容量(mAh/g)，纵坐标为电压(mV)，曲线a为放电曲线，b为充电曲线。
[0031]本发明实施例锂电池4.4V~3. OV的循环性能曲线，参照图2，在图2中，横坐标为循 环周数(周），纵坐标为放电百分比(％)。
[0032] 实施例2 本实施例制备组装电池的步骤和工序与实施例1相同，不同的是正极按质量比为:95% 钴酸锂、2%SP、l%VGCF、2%Solef 5130，负极按质量比为：95%娃碳合金材料、1%SP、1.3%CMC、 2 · 2%SBR，电解液添加剂环己基苯(CHB)加量为3%。
[0033] 下表为实施例1与实施例2电池级片的压实密度。
[0034] 上述仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此 构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
【主权项】
1. 一种高容量锂离子电池正极片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： 1 )、将正极材料、导电剂和粘结剂加入到行星搅拌机中，高速搅拌60~120min，得正极 粉体； 2) 、按固液质量比正极粉:有机溶剂=3 :1称取有机溶剂，有机溶剂总质量的40~60%加 入正极粉体中，真空高速搅拌100~180min，搅拌温度控制在30~60°C，得正极膏体； 3) 、将有机溶剂总质量的20~30%加入正极膏体中，搅拌温度控制在25~35°C，真空高 速揽摔60~IOOmin; 4) 、将剩余的有机溶剂分次加入到正极膏体中调节粘度，过筛得到正极浆料； 5) 、将过筛的正极浆料涂覆于正极金属集流体的正反两面，烘干、辊压，得高容量锂离 子电池正极片。2. 如权利要求1所述的一种高容量锂离子电池正极片的制备方法，其特征在于:步骤5) 中正极片辊压的压实密度为4 · 0~4 · 3g/cm3 〇3. 如权利要求1所述的一种高容量锂离子电池正极片的制备方法，其特征在于:所述正 极片的浆料由以下物质按重量百分比制成:正极材料95~98%、导电剂1~5%、粘结剂1~4%， 其中，正极材料采用表面经过Co(OH) 2包覆过的LiCoO2,该正极材料的粒度分布为DlO: 3~ 7um，D50:9~18um，D90:16~30um。4. 如权利要求3所述的一种高容量锂离子电池正极片的制备方法，其特征在于:所述导 电剂选自乙炔黑、VGCF、SP、磷片石墨中的至少两种混合，粘结剂选自分子量大于一百万以 上的聚偏氟乙稀，金属集流体选自厚度为I 〇~18um的错箱。
【文档编号】H01M4/485GK105932228SQ201610376129
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2014年1月28日
【发明人】陈端典, 陈文明, 黄昌荣
【申请人】泉州劲鑫电子有限公司