锂离子电池正极板的制备方法与流程

本发明涉及一种锂离子电池正极板的制备方法。

背景技术：

新的能源补贴政策对能量密度提出了更高的要求，纯电动乘用车动力电池系统的质量能量密度不低于90wh/kg。为了提高能量密度，大多数研究机构或企业主要集中对正负极活性物质做了大量研究，包括活性物质的比容量、平台电压等性能的提升，但是对活性物质的集流体研究不多。目前市场上的集流体主要是二维结构的箔材，活性物质只能涂敷于其表面，极板的面密度大，极片易开裂且掉粉严重，所以极板一般较薄，另外若极板面密度大，则电流密度不均匀，靠近箔材一侧的活性物质极化严重，而远离箔材一侧的活性物质电子传导和离子传导都比较差。因此，如何提高锂电池正极板的面密度，从而提高锂电池的能量密度，并且保证电池具有较好的倍率性能，是当前的一个主要研究课题。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种工艺简单、浆料附着力好、面密度较高的锂离子电池正极板的制备方法。

本发明通过以下方案实现：

一种锂离子电池正极板的制备方法，在集流体上喷涂填充正极浆料，之后经干燥——碾压制得正极板，所述正极板的面密度控制为3.5～16.0g/dm²；所述集流体为泡沫镍合金材料，所述泡沫镍合金材料呈三维网状结构，所述泡沫镍合金材料的孔隙率为70％～98％、厚度为0.8～2.0mm及面密度为80～500g/m²，所述泡沫镍合金材料为在泡沫镍表面涂覆一层金属铬粉或铬铝合金粉后经高温退火合金化处理制得。

进一步地，所述泡沫镍合金材料中的铬元素或铬铝元素的质量占比为5％～50％。

进一步地，所述高温退火合金化处理步骤中的温度控制为100～500℃。

进一步地，所述正极浆料为将活性物质、导电剂、粘结剂及有机溶剂按一定配比混合搅拌制成，所述活性物质、导电剂、粘结剂的质量比为90～98：1～5：1～5，所述正极浆料的固含量控制为40％～65％；所述活性物质为磷酸铁锂或三元材料，所述导电剂为导电炭黑、导电石墨、碳纳米管中一种或多种，所述粘结剂为pvdf，所述有机溶剂为n-甲基吡咯烷酮、丙酮或酒精。

进一步地，所述干燥的步骤具体为：将喷涂填充有正极浆料的集流体先置于温度为60～100℃环境下鼓风干燥2～6h，之后将其置于温度为100～140℃的真空环境下干燥4～12h。

实际使用时，可直接采用供应商制备好且满足要求的泡沫镍铬合金材料或泡沫镍铬铝合金材料作为集流体。

本发明的锂离子电池正极板的制备方法，工艺简单，其使用的浆料固含量较高，采用泡沫镍合金材料为集流体，浆料附着力好，其制备得到的正极板的耐腐蚀电压可高达4.2v以上，既可以应用于磷酸铁锂体系，也可应用于三元锂电池体系，制得的正极板面密度较高，甚至可比现有采用铝箔制成的正极板高出几倍，可显著提升使用本发明方法制得的正极片制作的锂电池的能量密度，从试验数据可知，锂电池能量密度可提高10～20％，电池放电平台电压高，倍率性能较好，充放电效率高达99.8％以上。

附图说明

图1为使用实施例1方法制得的正极板制成的锂电池的1c充放电曲线图；

图2为使用实施例2方法制得的正极板制成的锂电池的1c充放电曲线图；

图3为使用实施例3方法制得的正极板制成的锂电池的1c充放电曲线图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于实施例之表述。

实施例1

一种锂离子电池正极板的制备方法，将磷酸铁锂、导电炭黑、pvdf按质量比92.5：3.5：4进行混合，往混合物中分多次加入n-甲基吡咯烷酮并搅拌制成正极浆料，正极浆料的固含量控制为50％，粘度控制在4000～8000cp；按某型号锂电池型号的正极制作工艺要求，在集流体上喷涂填充正极浆料，之后将喷涂填充有正极浆料的集流体先置于温度为80℃环境下鼓风干燥4h，之后将其置于温度为120℃的真空环境下干燥6h，最后按厚度要求进行碾压制得正极板，正极板的面密度控制为10.6g/dm²；集流体为泡沫镍合金材料，泡沫镍合金材料呈三维网状结构，泡沫镍合金材料的孔隙率为95％、厚度为1.3mm及面密度为260g/m²，泡沫镍合金材料为在泡沫镍表面涂覆一层金属铬粉后经300℃高温退火合金化处理制得，泡沫镍合金材料中铬元素的质量占比为45％。

使用实施例1方法制得的正极板制成锂电池，采用1c充放电，其充放电曲线如图1所示，从图1可看出，电池充放电曲线平稳，充放电效率达99.9％以上，该电池容量为25ah。

实施例2

一种锂离子电池正极板的制备方法，将镍钴锰酸锂、导电石墨、pvdf按质量比97：1.5：1.5进行混合，往混合物中分多次加入丙酮并搅拌制成正极浆料，正极浆料的固含量控制为60％，粘度控制在4000～8000cp；按某型号锂电池型号的正极制作工艺要求，在集流体上喷涂填充正极浆料，之后将喷涂填充有正极浆料的集流体先置于温度为60℃环境下鼓风干燥6h，之后将其置于温度为100℃的真空环境下干燥12h，最后按厚度要求进行碾压制得正极板，正极板的面密度控制为15.5g/dm²；集流体为泡沫镍合金材料，泡沫镍合金材料呈三维网状结构，泡沫镍合金材料的孔隙率为90％、厚度为1.5mm及面密度为300g/m²，泡沫镍合金材料为在泡沫镍表面涂覆一层铬铝合金粉后经500℃高温退火合金化处理制得，泡沫镍合金材料中铬铝元素的质量占比为25％。

使用实施例2方法制得的正极板制成锂电池，采用1c充放电，其充放电曲线如图2所示，从图2可看出，电池充电电压可恒压至4.2v，放电平台较高，充放电效率达99.8％以上，该电池容量为26.8ah

实施例3

一种锂离子电池正极板的制备方法，将镍钴锰酸锂、碳纳米管、pvdf按质量比90.5：4.5：5进行混合，往混合物中分多次加入n-甲基吡咯烷酮并搅拌制成正极浆料，正极浆料的固含量控制为40％，粘度控制在4000～8000cp；按某型号锂电池型号的正极制作工艺要求，在集流体上喷涂填充正极浆料，之后将喷涂填充有正极浆料的集流体先置于温度为100℃环境下鼓风干燥2h，之后将其置于温度为140℃的真空环境下干燥4h，最后按厚度要求进行碾压制得正极板，正极板的面密度控制为6.5g/dm²；集流体为泡沫镍合金材料，泡沫镍合金材料呈三维网状结构，泡沫镍合金材料的孔隙率为85％、厚度为1.0mm及面密度为260g/m²，泡沫镍合金材料为在泡沫镍表面涂覆一层金属铬粉后经200℃高温退火合金化处理制得，泡沫镍合金材料中铬元素的质量占比为10％。

使用实施例3方法制得的正极板制成锂电池，采用1c充放电，其充放电曲线如图3所示，从图3可看出，电池充电电压可恒压至4.2v，放电平台较高，充放电效率达99.9％以上，该电池容量为22.7ah。

对比例1

一种锂离子电池正极板的制备方法，按实施例1方法配置浆料，采用铝箔作为集流体，铝箔的厚度为12μm，面密度为32g/m²，按与实施例1相同的某型号锂电池型号的正极制作工艺要求，采用刮涂工艺将浆料涂覆于铝箔表面，之后的干燥——碾压工艺与实施例1相同，正极板面密度控制为2.7g/dm²。

使用对比例1方法制得的正极板制成锂电池，分别对使用实施例1方法制得的正极板制成锂电池和使用对比例1方法制得的正极板制成锂电池进行能量密度测试，测得使用实施例1方法制得的正极板制成锂电池的能量密度为143wh/kg，使用对比例1方法制得的正极板制成锂电池的能量密度为120wh/kg，可见使用实施例1方法制得的正极板制成锂电池的能量密度比使用对比例1方法制得的正极板制成锂电池的能量密度高约19.2％。

对比例2

一种锂离子电池正极板的制备方法，按实施例2方法配置浆料，采用铝箔作为集流体，铝箔的厚度为12μm，面密度为32g/m²，按与实施例2相同的某型号锂电池型号的正极制作工艺要求，采用刮涂工艺将浆料涂覆于铝箔表面，之后的干燥——碾压工艺与实施例2相同，正极板面密度控制为3.5g/dm²。

使用对比例2方法制得的正极板制成锂电池，分别对使用实施例2方法制得的正极板制成锂电池和使用对比例2方法制得的正极板制成锂电池进行能量密度测试，测得使用实施例2方法制得的正极板制成锂电池的能量密度为250wh/kg，使用对比例2方法制得的正极板制成锂电池的能量密度为220wh/kg，可见使用实施例2方法制得的正极板制成锂电池的能量密度比使用对比例2方法制得的正极板制成锂电池的能量密度高约13.6％。