一种锂离子电池正极极片和制备方法及其锂离子电池与流程

1.本发明属于锂离子电池制备领域，具体地，涉及的一种锂离子电池正极极片和制备方法及其锂离子电池。


背景技术：

2.随着新能源技术的发展，锂离子电池因具备工作电压高、体积小、重量轻、充放电速率快、无记忆效应等优点不仅被广泛应用在手机、笔记本电脑等便携式电子设备上，在动力汽车方面的应用也越来越广泛。
3.电极制备、电极材料的选择，尤其是正极材料是制约锂离子电池性能的关键因素，现有技术中的锂离子电池正极材料的克容量发挥相比负极材料均较低，且脱出的锂离子还要用于负极sei膜的形成，在充放电过程中析锂、副反应等过程的发生均会造成锂离子的损失，严重影响锂离子电池的充放电性能及使用寿命。
4.因此，提供一种克容量发挥较高的锂离子电池正极极片及包含其的锂离子电池以提升电池的综合性能是亟待提升的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种锂离子电池正极极片和制备方法及其锂离子电池。本发明通过在正极混料过程中掺入富锂材料，可以增加可脱嵌锂离子的数目，提升正极材料的克容量发挥以及电池的整体容量，从而延长电池的循环寿命。
6.为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种锂离子电池正极极片的制备方法，该方法包括如下步骤：
7.s1：制作粘结剂浆料；
8.s2：将导电剂加入到所述粘结剂浆料中，混合均匀，得到导电浆料；
9.s3：将富锂材料和正极活性物质混合均匀，加入到步骤s2制备的导电浆料中，再次混合均匀得到正极浆料；
10.s4：将所述正极浆料涂覆在正极集流体上，烘干，得到所述锂离子电池正极极片。
11.本发明第二方面提供了根据所述的锂离子电池正极极片的制备方法制备的锂离子电池正极极片。
12.本发明第三方面提供了一种锂离子电池，该锂离子电池包括根据权利要求8所述的锂离子电池正极极片、负极极片、电解液和外包装壳，或，包括根据权利要求8所述的锂离子电池正极极片、负极极片、凝胶电解质和外包装壳。
13.本发明的技术方案具有如下有益效果：
14.(1)与现有技术相比，本发明通过正极活性物质与富锂材料混合使用，可使得正极脱锂容量增加，正极材料的克容量发挥增大，从而弥补负极由于sei膜形成而损失的锂，进而减少电池体系的不可逆容量、提升电池的能量密度。
15.(2)本发明添加的富锂材料是具有较高脱锂容量、较低嵌锂容量的氧化物maob包覆
的li2ni
x
cu
1-x
o2材料，其中m选自al、zr、b、mg、ti、zn、y、v中的至少一种，x的取值为0《x《1，a，b为整数，脱出的锂离子能够补充负极成膜过程中消耗的锂离子，提高电池容量进而延长电池寿命。
16.(3)本发明添加的富锂材料即maob包覆的li2ni
x
cu
1-x
o2材料制备工艺简单，原料易得，较高的生产应用价值。本发明方法制备的锂离子电池正极极片具有较广泛的应用前景。
17.本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
18.下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
19.本发明第一方面提供了一种锂离子电池正极极片的制备方法，该方法包括如下步骤：
20.s1：制作粘结剂浆料；
21.s2：将导电剂加入到所述粘结剂浆料中，混合均匀，得到导电浆料；
22.s3：将富锂材料和正极活性物质混合均匀，加入到步骤s2制备的导电浆料中，再次混合均匀得到正极浆料；
23.s4：将所述正极浆料涂覆在正极集流体上，烘干，得到所述锂离子电池正极极片。
24.根据本发明，优选地，以所述富锂材料、所述正极活性物质、所述导电剂和所述粘结剂的质量总和计，所述导电剂的质量含量为1％-6％，所述粘结剂的质量含量为1％-4％，所述富锂材料和所述正极活性物质的质量比为(0.02-0.15)：(0.98-0.85)。
25.本发明中，导电剂的比例影响锂离子电池正极极片的导电性，从而影响电池的功率性能，不同类型的电池对锂离子电池正极极片中导电剂的含量要求不同，因此对导电剂的比例进行了限定。
26.根据本发明，优选地，在步骤s1中，所述粘结剂浆料中的粘结剂的质量浓度为4％-10％，所述粘结剂为pvdf(聚偏氟乙烯)和/或ptfe(聚四氟乙烯)，所述粘结剂浆料中的溶剂为n-甲基吡咯烷酮。
27.本发明中，将所述粘结剂与所述溶剂混合，制作得到所述粘结剂浆料。
28.根据本发明，优选地，在步骤s2中，所述导电剂为super p(导电碳黑)、乙炔黑、vgcf(纳米碳纤维)、碳纳米管、石墨烯和导电石墨中的至少一种。
29.本发明中，作为优选方案，在步骤s2中，将导电剂加入到所述粘结剂浆料中，混合均匀，所述混合均匀的时间根据混合效果而定，优选为0.5-3.5h。
30.根据本发明，优选地，在步骤s3中，
31.所述富锂材料为氧化物maob包覆的li2ni
x
cu
1-x
o2材料，其中m选自al、zr、b、mg、ti、zn、y、v中的至少一种，x的取值为0《x《1a，b为整数；
32.所述正极活性物质为lini
x
coymnzo2、lini
x
coyalzo2、lini
x
mnyalzo2、钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、富锂锰基材料中的至少一种；所述lini
x
coymnzo2、lini
x
coyalzo2、lini
x
mnyalzo2中的x+y+z的值均为1。
33.根据本发明，优选地，在步骤s3中，所述将富锂材料和正极活性物质混合均匀的步骤包括将所述富锂材料和正极活性物质进行球磨混合。作为优选方案，所述球磨混合的时间根据混合效果而定，优选为1-2h。所述再次混合均匀得到正极浆料，其中，所述再次混合均匀的时间根据混合效果而定，优选为3-5h。
34.根据本发明，优选地，步骤s4还包括对所述正极浆料进行除气泡操作和过筛处理，再将处理完成的正极浆料按一定的面密度涂覆在正极集流体上，烘干，得到所述锂离子电池正极极片。
35.根据本发明，优选地，所述正极集流体为铝箔或涂碳铝箔。
36.本发明第二方面提供了根据所述的锂离子电池正极极片的制备方法制备的锂离子电池正极极片。
37.本发明第三方面提供了一种锂离子电池，该锂离子电池包括根据权利要求8所述的锂离子电池正极极片、负极极片、电解液和外包装壳，或，包括根据权利要求8所述的锂离子电池正极极片、负极极片、凝胶电解质和外包装壳。
38.本发明中，所述凝胶电解质为固态或半固态。
39.根据本发明，优选地，所述负极极片使用的负极材料选自石墨、硬碳、中间相碳微球、硅氧和硅碳中的至少一种。
40.以下通过实施例具体说明本发明。
41.实施例1
42.本实施例提供一种锂离子电池正极极片的制备方法，所述富锂材料、所述正极活性物质、所述导电剂和所述粘结剂的质量含量均以所述富锂材料、所述正极活性物质、所述导电剂和所述粘结剂的质量总和计，该方法包括如下步骤：
43.s1：将质量含量1.5％的pvdf粉末加入到nmp溶剂中配成粘结剂的质量浓度为6％的粘结剂浆料。
44.s2：将质量含量3％的super p粉末加入到所述粘结剂浆料中，均匀混合1h，再向其内加入质量含量1％的cnts(碳纳米管)，继续均匀混合1.5h，得到导电浆料；
45.s3：将zro2包覆的li2ni
0.3
cu
0.7
o2材料和lifepo4进行球磨混合1h，加入到步骤s2制备的导电浆料中，再次均匀混合3h，得到均一稳定的正极浆料；所述zro2包覆的li2ni
0.3
cu
0.7
o2材料和lifepo4的质量比为2:98。
46.s4：对所述正极浆料进行除气泡操作和过筛处理，再将处理完成的正极浆料按一定的面密度涂覆在铝箔上，烘干，得到所述锂离子电池正极极片。
47.实施例2
48.本实施例提供一种锂离子电池正极极片的制备方法，所述富锂材料、所述正极活性物质、所述导电剂和所述粘结剂的质量含量均以所述富锂材料、所述正极活性物质、所述导电剂和所述粘结剂的质量总和计，该方法包括如下步骤：
49.s1：将质量含量1.5％的ptfe粉末加入到nmp溶剂中配成粘结剂的质量浓度为10％的粘结剂浆料。
50.s2：将质量含量4％的super p粉末加入到所述粘结剂浆料中，均匀混合1h，再向其内加入质量含量2％的ks-15粉末(石墨导电剂)，继续均匀混合1h，得到导电浆料；
51.s3：将al2o3包覆的li2ni
0.3
cu
0.7
o2材料和ncm333材料进行球磨混合1h，加入到步骤
s2制备的导电浆料中，再次均匀混合4h，得到均一稳定的正极浆料；所述al2o3包覆的li2ni
0.3
cu
0.7
o2材料和ncm333材料的质量比为5:95。
52.s4：对所述正极浆料进行除气泡操作和过筛处理，再将处理完成的正极浆料按一定的面密度涂覆在铝箔上，烘干，得到所述锂离子电池正极极片。
53.实施例3
54.本实施例提供一种锂离子电池正极极片的制备方法，所述富锂材料、所述正极活性物质、所述导电剂和所述粘结剂的质量含量均以所述富锂材料、所述正极活性物质、所述导电剂和所述粘结剂的质量总和计，该方法包括如下步骤：
55.s1：将质量含量2％的pvdf粉末加入到nmp溶剂中配成粘结剂的质量浓度为4％的粘结剂浆料。
56.s2：将质量含量0.5％的super p粉末加入到所述粘结剂浆料中，均匀混合1h，再向其内加入质量含量0.5％的vgcf粉末(纳米碳纤维)，继续均匀混合1h，得到导电浆料；
57.s3：将tio2包覆的li2ni
0.5
cu
0.5
o2材料和nca(811)材料进行球磨混合1h，加入到步骤s2制备的导电浆料中，再次均匀混合4h，得到均一稳定的正极浆料；所述tio2包覆的li2ni
0.5
cu0
.5
o2材料和nca(811)材料的质量比为15:85。
58.s4：对所述正极浆料进行除气泡操作和过筛处理，再将处理完成的正极浆料按一定的面密度涂覆在铝箔上，烘干，得到所述锂离子电池正极极片。
59.对比例1
60.本实施例提供一种锂离子电池正极极片的制备方法，所述正极活性物质、所述导电剂和所述粘结剂的质量含量均以所述正极活性物质、所述导电剂和所述粘结剂的质量总和计，该方法包括如下步骤：
61.s1：将质量含量1.5％的pvdf粉末加入到nmp溶剂中配成粘结剂的质量浓度为6％的粘结剂浆料。
62.s2：将质量含量3％的super p粉末加入到所述粘结剂浆料中，均匀混合1h，再向其内加入质量含量1％的cnts(碳纳米管)，继续均匀混合1.5h，得到导电浆料；
63.s3：将lifepo4材料加入到步骤s2制备的导电浆料中，均匀混合3h，得到均一稳定的正极浆料；
64.s4：对所述正极浆料进行除气泡操作和过筛处理，再将处理完成的正极浆料按一定的面密度涂覆在铝箔上，烘干，得到锂离子电池正极极片。
65.对比例2
66.本实施例提供一种锂离子电池正极极片的制备方法，所述正极活性物质、所述导电剂和所述粘结剂的质量含量均以所述正极活性物质、所述导电剂和所述粘结剂的质量总和计，该方法包括如下步骤：
67.s1：将质量含量1.5％的ptfe粉末加入到nmp溶剂中配成粘结剂的质量浓度为10％的粘结剂浆料。
68.s2：将质量含量4％的super p粉末加入到所述粘结剂浆料中，均匀混合1h，再向其内加入质量含量2％的ks-15粉末(石墨导电剂)，继续均匀混合1h，得到导电浆料；
69.s3：将ncm333材料加入到步骤s2制备的导电浆料中，均匀混合4h，得到均一稳定的正极浆料。
70.s4：对所述正极浆料进行除气泡操作和过筛处理，再将处理完成的正极浆料按一定的面密度涂覆在铝箔上，烘干，得到锂离子电池正极极片。
71.对比例3
72.本实施例提供一种锂离子电池正极极片的制备方法，所述正极活性物质、所述导电剂和所述粘结剂的质量含量均以所述正极活性物质、所述导电剂和所述粘结剂的质量总和计，该方法包括如下步骤：
73.s1：将质量含量2％的pvdf粉末加入到nmp溶剂中配成粘结剂的质量浓度为4％的粘结剂浆料。
74.s2：将质量含量0.5％的super p粉末加入到所述粘结剂浆料中，均匀混合1h，再向其内加入质量含量0.5％的vgcf粉末(纳米碳纤维)，继续均匀混合1h，得到导电浆料；
75.s3：将nca(811)材料加入到步骤s2制备的导电浆料中，均匀混合4h，得到均一稳定的正极浆料。
76.s4：对所述正极浆料进行除气泡操作和过筛处理，再将处理完成的正极浆料按一定的面密度涂覆在铝箔上，烘干，得到锂离子电池正极极片。
77.测试例
78.将实施例1-3和对比例1-3所得的锂离子电池正极极片分别进行辊压、裁剪成圆形极片，烘干后在氩气手套箱中组装成扣式半电池，对电极为锂片，电解液为1.0mol/l lipf6/(ec+dec+dmc(其体积比为2:2:1))，隔膜为cellgard-2340，然后进行测试，得到实施例1-3和对比例1-3所得的锂离子电池正极极片的测试数据如表1所示。
79.表1实施例1-3和对比例1-3所得的锂离子电池正极极片的测试数据
[0080][0081]
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。