一种混合型正极材料及其制作方法与流程

文档序号:15839902发布日期:2018-11-07 08:18阅读:269来源:国知局

本发明属于锂离子电池技术领域,尤其涉及一种混合型正极材料及其制作方法。



背景技术:

目前,锂离子电池正极材料主要有钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂及磷酸亚铁锂,其中,钴酸锂仍是市场主流,但是钴资源有限、价格昂贵,且钴有毒及安全性差等缺点限制了钴酸锂在未来的大规模应用。镍酸锂的实际容量较钴酸锂高,镍的价格较钴便宜,但是镍酸锂制备困难、热稳定性差。锰酸锂具有原料丰富、价格低廉、环境友好、热稳定性好的优势,但锰酸锂的容量低、循环性能差;镍钴锰酸锂和镍钴铝酸锂能量密度高,但热稳定性较差;磷酸亚铁锂价格低廉、资源丰富、循环性能良好、热稳定性优、环境友好,但导电性差、密度低,这些材料自身都存在不足,不能满足人们使用的要求,制约了其在锂离子电池正极材料领域的进一步应用。



技术实现要素:

针对现有技术的不足,提高电池的容量、高温存储性能、循环性能以及安全性能,本发明的目的在于提供一种混合型正极材料及其制作方法。

为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:

混合型正极材料,包括活性材料为73%-85%,导电剂3%-18%,氧化物5%-7%,粘结剂5%-12%;所述的活性材料包含钴酸锂和磷酸铁锂,钴酸锂和磷酸铁锂的化学计量比为(1-11):(2-9)。

所述的导电剂的组成原料为石墨烯60-75份、活性炭30-35份、单乙醇胺2-5份、聚乙烯吡咯烷酮4-5份、黄原胶8-10份和苯乙烯35-40份;制作方法如下:先将黄原胶和苯乙烯混合,置于温度40-45℃的条件下混合均匀,得到有机载体;然后再向其中加入其它剩余组成原料,加热至50-55℃,并调节ph至中性,机械搅拌均匀;然后再在三辊研磨机上进行混合,研磨浆料粒度至10-15微米,即得成品。

所述的氧化物为氧化锰、二氧化钌、三氧化二镓的混合物,所述的氧化锰、二氧化钌、三氧化二镓的混合比例为6-9:2-3:4-6。

所述的粘结剂由羧甲基纤维素钠、海藻酸钠按照8-10:1比例混合制成。

混合型正极材料的制作方法,包括以下内容:

(1)氧化物制作:按照氧化锰、二氧化钌、三氧化二镓的混合比例称取各氧化物,送入回转炉预烧,在室温下经过1-2小时,升温至700-800℃,保温混料2-3小时;取出冷却,然后采用研磨介质为丙酮溶液,研磨8-10小时,控制混合料粒径为50-100μm;

(2)活性材料的制作:按照钴酸锂、磷酸铁锂的化学计量比称取原料,将称量好的材料放入球磨罐中球磨1-2小时,球磨转速为100-120rpm;

(3)将上述步骤(1)氧化物倒入步骤(2)活性材料中,搅拌混匀后倒入导电剂、粘结剂,继续搅拌或球磨至少1.5h以上,制作成浆料;

(4)将步骤(3)中制备的浆料喷涂或溅射到集流体上,再置于80-105℃温度下干燥制得正极材料。

所述的步骤(2)球磨采用无水乙醇溶液,所述的无水乙醇溶液中加入相当于无水乙醇质量5%-10%二茂铁。

所述的浆料制成后送入超声波中分散处理10-15min,所述的超声波功率为280-350w。

本发明的有益效果:

相对于现有技术,本发明至少具有以下优点:本发明通过对氧化物及活性材料进行合理研磨优化后,有效地改善了正极材料压实密度,通过添加多种氧化物,显著提高了电池的导电性、导热性、高温存储性能、循环性能以及安全性能,大大延长正极材料的使用寿命,解决了在高电压下的循环性能、高温存储以及安全特性。

本发明的导电剂中引入石墨烯、活性炭,利用石墨烯、活性炭优良的导电性,提高电极材料的容量,降低电池内阻,提高导电剂的导电性的同时,也提高了电池的循环寿命。

具体实施方式

实施例1:混合型正极材料,包括活性材料为76%,导电剂10%,氧化物6%,粘结剂8%;所述的活性材料包含钴酸锂和磷酸铁锂,钴酸锂和磷酸铁锂的化学计量比为5:8。

所述的导电剂的组成原料为石墨烯65g、活性炭32g、单乙醇胺3g、聚乙烯吡咯烷酮5g、黄原胶8g和苯乙烯35g;制作方法如下:先将黄原胶和苯乙烯混合,置于温度40-45℃的条件下混合均匀,得到有机载体;然后再向其中加入其它剩余组成原料,加热至50-55℃,并调节ph至中性,机械搅拌均匀;然后再在三辊研磨机上进行混合,研磨浆料粒度至15微米,即得成品。

所述的氧化物为氧化锰、二氧化钌、三氧化二镓的混合物,所述的氧化锰、二氧化钌、三氧化二镓的混合比例为7:2:5。

所述的粘结剂由羧甲基纤维素钠、海藻酸钠按照10:1比例混合制成。

混合型正极材料的制作方法,包括以下内容:

(1)氧化物制作:按照氧化锰、二氧化钌、三氧化二镓的混合比例称取各氧化物,送入回转炉预烧,在室温下经过1.5小时,升温至750℃,保温混料2-3小时;取出冷却,然后采用研磨介质为丙酮溶液,研磨10小时,控制混合料粒径为100μm;

(2)活性材料的制作:按照钴酸锂、磷酸铁锂的化学计量比称取原料,将称量好的材料放入球磨罐中球磨1.5小时,球磨转速为100rpm,球磨采用无水乙醇溶液,所述的无水乙醇溶液中加入相当于无水乙醇质量8%二茂铁;

(3)将上述步骤(1)氧化物倒入步骤(2)活性材料中,搅拌混匀后倒入导电剂、粘结剂,继续搅拌或球磨至少1.5h以上,制作成浆料,接着送入超声波中分散处理12min,所述的超声波功率为300w;

(4)将步骤(3)中制备的浆料喷涂或溅射到集流体上,再置于100℃温度下干燥制得正极材料。

实施例2:本实施例中除正极活性物质采用钴酸锂和磷酸铁锂的化学计量比为1:9外,其他内容同实施例1。

实施例3:本实施例中除正极活性物质采用钴酸锂和磷酸铁锂的化学计量比为11:2外,其他内容同实施例1。

经过测试本实施例1与传统电池相比:

在工作电压高(2.75v~4.2v),本发明正极材料导电性能,高温存储性能均优于传统电池;本发明的正极材料压实密度在2.5-3.2g/cc之间,其安全性秉承了传统电池的特性,尤其是在耐过充方面。



技术特征:

技术总结
本发明公开了一种混合型正极材料及其制作方法,包括活性材料为73%‑85%,导电剂3%‑18%,氧化物5%‑7%,粘结剂5%‑12%;活性材料包含钴酸锂和磷酸铁锂,本发明通过对氧化物及活性材料进行合理研磨优化后,有效地改善了正极材料压实密度,通过添加多种氧化物,显著提高了电池的导电性、导热性、高温存储性能、循环性能以及安全性能,大大延长正极材料的使用寿命,解决了在高电压下的循环性能、高温存储以及安全特性。

技术研发人员:徐丹军;付强
受保护的技术使用者:陕西海恩新材料有限责任公司
技术研发日:2018.06.26
技术公布日:2018.11.06
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