CN107611339A - 一种高功率锂离子电池正极片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高功率锂离子电池正极片及其制备方法，集流体上具有一层由氮掺杂碳材料和锰酸锂混合的涂层，氮掺杂碳材料能够有效提升电池内部的电子电导和离子电导，而锰酸锂本身由于是尖晶石结构，具有较强的动力学性能，且能够在充放电过程中继续释放一定的锂离子来缓解因三元材料发生的一些不可逆结构变化导致的容量损失及安全问题，同时也提升了循环性能。这两种材料构成的混合涂层，通过各自的优异性能，相辅相成，有效改善了三元电池体系的倍率、循环及安全性能。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池领域，具体地说，涉及一种高功率锂离子电池正极片及其制备方法。
背景技术
随着科技的不断发展，以及人们对环境问题的不断重视，新能源汽车的推广已经在世界各国范围内展开。主流的新能源汽车大部分都是采用了锂离子电池作为供应电源，这不仅要求锂离子电池具有越来越高的能量密度，也要求具有越来越高的充放电倍率、循环寿命及更高的安全性能。
目前，提升锂离子电池能量密度的主要方式就是采用三元正极(NCM、NCA)搭配硅碳负极材料，这种体系尽管能量密度高，但是由于三元正极材料为层状结构，其充放电倍率性能较差，在高功率及快充电池方面应用比较薄弱。此外，三元正极材料的安全性能也比其他材料体系要差，在过充条件下，容易产生极化导致材料结构发生不可逆的变化及电解液的氧化分解，放出大量的热，导致电池内压、温度升高，存在***、燃烧等不安全隐患。三元电池体系的这些缺陷一定程度上阻碍了新能源汽车的发展。为了解决三元锂离子电池体系的这些问题，人们通常采用在电解液中加入各种添加剂来提升电池的安全、倍率充放电性能，但改善效果有限。
有鉴于此特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种高功率锂离子电池正极片及其制备方法，集流体上具有一层由氮掺杂碳材料和锰酸锂混合的涂层，氮掺杂碳材料能够有效提升电池内部的电子电导和离子电导，而锰酸锂本身由于是尖晶石结构，具有较强的动力学性能，且能够在充放电过程中继续释放一定的锂离子来缓解因三元材料发生的一些不可逆结构变化导致的容量损失及安全问题，同时也提升了循环性能。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
一种高功率锂离子电池正极片，正极片由集流体、集流体外侧涂层、正极涂覆料组成，所述集流体外侧涂层包覆于集流体外周，所述正极涂覆料包覆在集流体外侧涂层外周，所述集流体为铝箔，所述集流体外侧涂层由粘合剂、锰酸锂、氮掺杂碳材料组成，所述正极涂覆料包括粘合剂、导电剂、三元正极材料。
进一步地，所述三元正极材料为镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂，亦或是锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂中的一种或任意组合。
进一步地，所述氮掺杂碳材料的基料为微孔碳、活性碳、生物碳、中孔炭、介孔碳、大孔碳、介孔微孔碳、大孔微孔碳、大孔介孔碳、大孔介孔微孔碳、石墨、石墨烯、纤维碳、碳黑、碳纳米管或乙炔黑。
进一步地，所述粘合剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、羟甲基纤维素钠、丁苯橡胶、明胶、海藻酸钠、LA132或环糊精。
进一步地，所述导电剂为乙炔黑、Super P、碳纤维、碳纳米管、科琴黑、石墨或石墨烯。
一种如上述的高功率锂离子电池正极片的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，将质量比为1:0.01～1:0.01～1的锰酸锂、粘合剂、氮掺杂碳材料加入到分散剂中进行搅拌分散，得到固含量为50-80％的浆料；
步骤S2，将步骤S1中得到的浆料涂覆于集流体铝箔的两面上，每个面的涂覆厚度为2-10um，得到带锰酸锂/碳涂层的集流体；
步骤S3，使用三元正极材料、粘合剂、导电剂制备正极浆料，将正极浆料涂覆在带锰酸锂/碳涂层的集流体两面上，烘干、辊压后得到锂离子电池正极片。
进一步地，所述步骤S1中的氮掺杂碳材料的氮掺杂方式为原子掺杂，包括吡啶氮、吡咯氮、石墨氮，氮含量在改性碳材料中的质量分数为0.01％～20％。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
本发明提供的锂离子正极片，集流体上具有一层由氮掺杂碳材料和锰酸锂混合的涂层，氮掺杂碳材料能够有效提升电池内部的电子电导和离子电导，而锰酸锂本身由于是尖晶石结构，具有较强的动力学性能，且能够在充放电过程中继续释放一定的锂离子来缓解因三元材料发生的一些不可逆结构变化导致的容量损失及安全问题，同时也提升了循环性能。这两种材料构成的混合涂层，通过各自的优异性能，相辅相成，有效改善了三元电池体系的倍率、循环及安全性能。
本发明结构合理，实用性强，有利于设备推广应用。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
附图作为本申请的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：
图1为本发明正极片的结构示意图。
图中：1-铝箔；2-集流体外侧涂层；3-正极涂覆料。
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，一种高功率锂离子电池正极片，正极片由集流体、集流体外侧涂层2、正极涂覆料3组成，所述集流体外侧涂层包覆于集流体外周，所述正极涂覆料包覆在集流体外侧涂层外周，所述集流体为铝箔1，所述集流体外侧涂层由粘合剂、锰酸锂、氮掺杂碳材料组成，所述正极涂覆料包括粘合剂、导电剂、三元正极材料。
实施例1
将质量比为20：5：75的锰酸锂、LA132、氮掺杂碳纳米管加入到一定量水中进行搅拌分散，得到固含量为60％的混合浆料，然后将该浆料涂覆于铝箔集流体上，烘干、辊压后测量涂层厚度。再取质量比为96：2：2的镍钴锰酸锂、碳纳米管、聚偏氟乙烯加入到一定量的N-甲基吡咯烷酮中搅拌调浆，得到固含量为55％的正极浆料，将该浆料均匀得涂覆在外侧有涂层的集流体上，烘干、辊压后得到所需正极极片。
实施例2
将质量比为5：90：5的锰酸锂、海藻酸纳、氮掺杂石墨烯加入到一定量水中进行搅拌分散，得到固含量为58％的混合浆料，然后将该浆料涂覆于铝箔集流体上，烘干、辊压后测量涂层厚度。再取质量比为97：2：1的镍钴铝酸锂、Super P、聚偏氟乙烯加入到一定量的N-甲基吡咯烷酮中搅拌调浆，得到固含量为58％的正极浆料，将该浆料均匀得涂覆在外侧有涂层的集流体上，烘干、辊压后得到所需正极极片。
实施例3
将质量比为35：40：25的锰酸锂、明胶、氮掺杂人造石墨加入到一定量水中进行搅拌分散，得到固含量为55％的混合浆料，然后将该浆料涂覆于铝箔集流体上，烘干、辊压后测量涂层厚度。再取质量比为95：3：2的镍钴锰酸锂/锰酸锂混合料、Super P、羧甲基纤维素钠加入到一定量的水中进行搅拌调浆，得到固含量为60％的正极浆料，将该浆料均匀得涂覆在外侧有涂层的集流体上，烘干、辊压后得到所需正极极片。
实施例4
将质量比为80：10：10的锰酸锂、环糊精、氮掺杂天然石墨加入到一定量水中进行搅拌分散，得到固含量为50％的混合浆料，然后将该浆料涂覆于铝箔集流体上，烘干、辊压后测量涂层厚度。再取质量比为93：4：3的镍钴锰酸锂/锰酸锂混合料、Super P、聚乙烯醇加入到一定量的水中进行搅拌调浆，得到固含量为52％的正极浆料，将该浆料均匀得涂覆在外侧有涂层的集流体上，烘干、辊压后得到所需正极极片。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。
Claims (7)
1.一种高功率锂离子电池正极片，其特征在于，正极片由集流体、集流体外侧涂层、正极涂覆料组成，所述集流体外侧涂层包覆于集流体外周，所述正极涂覆料包覆在集流体外侧涂层外周，所述集流体为铝箔，所述集流体外侧涂层包括第一粘合剂、锰酸锂、氮掺杂碳材料，所述正极涂覆料包括第二粘合剂、导电剂、三元正极材料。
2.根据权利要求1所述的一种高功率锂离子电池正极片，其特征在于，所述三元正极材料为镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂，亦或是锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂中的一种或任意组合。
3.根据权利要求1所述的一种高功率锂离子电池正极片，其特征在于，所述氮掺杂碳材料的基料为微孔碳、活性碳、生物碳、中孔炭、介孔碳、大孔碳、介孔微孔碳、大孔微孔碳、大孔介孔碳、大孔介孔微孔碳、石墨、石墨烯、纤维碳、碳黑、碳纳米管或乙炔黑。
4.根据权利要求1所述的一种高功率锂离子电池正极片，其特征在于，所述第一粘合剂和第二粘合剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、羟甲基纤维素钠、丁苯橡胶、明胶、海藻酸钠、LA132或环糊精。
5.根据权利要求1所述的一种高功率锂离子电池正极片，其特征在于，所述导电剂为乙炔黑、Super P、碳纤维、碳纳米管、科琴黑、石墨或石墨烯。
6.一种如权利要求1-5任一所述的高功率锂离子电池正极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，将质量比为1:0.01～1:0.01～1的锰酸锂、粘合剂、氮掺杂碳材料加入到分散剂中进行搅拌分散，得到固含量为50-80％的浆料；
步骤S2，将步骤S1中得到的浆料涂覆于集流体铝箔的两面上，每个面的涂覆厚度为2-10um，得到带锰酸锂/碳涂层的集流体；
步骤S3，使用三元正极材料、粘合剂、导电剂制备正极浆料，将正极浆料涂覆在带锰酸锂/碳涂层的集流体两面上，烘干、辊压后得到锂离子电池正极片。
7.根据权利要求6所述的一种高功率锂离子电池正极片的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的氮掺杂碳材料的氮掺杂方式为原子掺杂，包括吡啶氮、吡咯氮、石墨氮，氮含量在改性碳材料中的质量分数为0.01％～20％。
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