CN111554882A - 一种三元正极极片及其涂布方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种三元正极极片及其涂布方法和应用，所述涂布方法包括如下步骤：(1)先将三元正极材料和导电剂进行一次干混，而后再加入聚偏氟乙烯进行二次干混，得到混合物料；(2)将步骤(1)得到的混合物料通过静电喷雾法喷雾沉积到正极集流体上，得到所述三元正极极片；通过将三元正极材料、导电剂和粘结剂聚偏氟乙烯的混合物料通过静电喷雾法喷雾沉积到正极集流体上形成三元正极极片，该三元正极极片表面颗粒分布均匀、结构致密，并具有电子迁移通道，应用于锂离子电池中能够提高锂离子电池的能量密度、倍率性能以及循环寿命。

Description

一种三元正极极片及其涂布方法和应用
技术领域
本发明属于电池领域，涉及一种三元正极极片及其涂布方法和应用，尤其涉及一种三元正极极片的涂布方法、通过该涂布方法涂布得到的三元正极极片及其应用。
背景技术
锂离子电池体系是由朝日化学制品公司在20世纪80年代初开始研究和开发的，后由索尼公司于1990年将其商业化。最初是为京瓷公司生产14500和20500两种用于手机电源的锂离子电池，与传统镍镉(Ni-Cd)、镍氢(Ni-MH)电池相比，锂离子电池具有较高的体积比能量和质量比能量。
现有的锂离子电池主要由正极、负极以及电解液或电解质组成，其中，正极材料主要由正极活性物质、导电剂、锂盐和粘结剂组成，随着对能量密度需求的日益增长，三元材料尤其是高镍三元材料也受到关注，导电剂通常为石墨、炭黑、碳纤维等碳材料，粘结剂主要起到对活性材料层间的粘结作用，用于活性材料层与集流体之间的粘结。
其中镍钴锰酸锂三元正极材料近几年发展迅猛。与镍酸锂相比，稳定性有很大的提高；与钴酸锂相比安全性和循环性，尤其是高充电电压的可行性更高；与锰酸锂相比高温性能和能量密度具有很大的优势。以上诸多优点，被视为是一种理想的锂电池正极材料。
因此，提供一种能够用于提高锂离子电池能量密度、倍率性能以及循环寿命的三元正极极片非常有必要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明在于提供一种三元正极极片及其涂布方法和应用，通过将三元正极材料、导电剂和粘结剂聚偏氟乙烯的混合物料通过静电喷雾法喷雾沉积到正极集流体上形成三元正极极片，该三元正极极片具有致密的界面接触和电子迁移通道，应用于锂离子电池中能够提高锂离子电池的能量密度、倍率性能以及循环寿命。
本发明的目的之一在于提供一种三元正极极片的涂布方法，所述涂布方法包括如下步骤：
(1)先将三元正极材料和导电剂进行干混，而后再加入粘结剂进行二次干混，得到混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料通过静电喷雾法喷雾沉积到正极集流体上，得到所述三元正极极片。
本发明中，通过将三元正极材料、导电剂和粘结剂聚偏氟乙烯的混合物料通过静电喷雾法喷雾沉积到正极集流体上形成三元正极极片，该三元正极极片具有致密的界面接触和电子迁移通道，应用于锂离子电池中能够提高锂离子电池的能量密度、倍率性能以及循环寿命。
本发明中，三元正极材料为高镍离子浓度的三元正极材料，能够保证后续锂离子电池的能量密度、倍率性能和循环寿命；聚偏氟乙烯作为粘结剂能够将三元正极材料、导电剂和正极集流体粘结起来，形成致密的界面接触和电子迁移通道；静电喷雾法在喷雾过程中可控，能够提高雾化的附着率，且高速喷出的雾滴带静电，可快速有效的吸附在铝箔上，雾化效果好，喷雾均匀，能提高正极极片的致密性。
在本发明中，所述三元正极材料的化学式为LiNixCoyMnzO2，其中0.80≤x≤0.89(例如x为0.80、0.81、0.82、0.83、0.84、0.85、0.86、0.87、0.88、0.89等)，0<y<0.1(例如y为0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1等)，0<z<0.1(例如z为0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1等)，且x+y+z＝1。
在本发明中，所述导电剂为KS-6。
在本发明中，所述三元正极材料和导电剂的质量比为1:(0.03-0.1)，例如1:0.03、1:0.04、1:0.05、1:0.06、1:0.07、1:0.08、1:0.09、1:0.1等。
在本发明中，步骤(1)所述一次干混的方式为球磨法。
在本发明中，所述球磨法的球磨速率为20-30Hz，例如20Hz、21Hz、22Hz、23Hz、24Hz、25Hz、26Hz、27Hz、28Hz、29Hz、30Hz等，球磨时间为2-6h，例如2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h、5h、5.5h、6h等。
在本发明中，所述球磨法用球料比为(1-10):1，例如1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1等。
在本发明中，所述三元正极材料和导电剂干混后得到的物料的平均粒径D50为10-20μm，例如10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm等。
在本发明中，步骤(1)所述粘结剂为聚偏氟乙烯。
在本发明中，所述聚偏氟乙烯的数均分子量为70-90万，例如70万、72万、75万、77万、80万、82万、85万、87万、90万等。
在本发明中，所述聚偏氟乙烯的纯度不低于99.5％(例如99.5％、99.6％、99.7％、99.8％、99.9％等)，含水率不高于0.1％(例如0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.1％等)。
在本发明中，所述聚偏氟乙烯和三元正极材料的质量比为(0.005-0.02):1，例如0.005:1、0.008:1、0.01:1、0.012:1、0.015:1、0.018:1、0.02:1等。
在本发明中，步骤(1)所述二次干混的方式为球磨法。
在本发明中，所述球磨法的球磨速率为20-30Hz，例如20Hz、21Hz、22Hz、23Hz、24Hz、25Hz、26Hz、27Hz、28Hz、29Hz、30Hz等，球磨时间为1-5h，例如1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h、5h等。
在本发明中，所述球磨法用球料比为(1-10):1，例如1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1等。
在本发明中，步骤(1)所述混合物料的平均粒径为10-20μm，例如10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm等，优选13-15μm。
在本发明中，步骤(2)所述静电喷雾法的雾化频率为40-60Hz，例如40Hz、
42Hz、45Hz、48Hz、50Hz、52Hz、55Hz、58Hz、60Hz等。
在本发明中，步骤(2)所述喷雾沉积过程中，雾化枪的枪嘴和正极集流体的夹角为45-90°(例如45°、50°、55°、60°、65°、70°、75°、80°、85°、90°等)，雾化枪的枪嘴和正极集流体的垂直距离为10-20cm(例如10cm、11cm、12cm、13cm、14cm、15cm、16cm、17cm、18cm、19cm、20cm等)。
在本发明中，步骤(2)所述正极集流体为铝箔。
在本发明中，所述铝箔的纯度不低于98％(例如98％、98.2％、98.5％、98.8％、99％、99.2％、99.5％、99.8％等)，厚度为5-20μm(例如5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm等)。
在本发明中，所述步骤(2)还包括将喷雾沉积后得到的预制品先进行干燥，而后进行辊压成型。
在本发明中，所述干燥的温度为150-165℃(例如150℃、151℃、152℃、153℃、154℃、155℃、156℃、157℃、158℃、159℃、160℃、161℃、162℃、163℃、164℃、165℃等)，干燥的时间为1-3h(例如1h、1.2h、1.5h、1.7h、2h、2.2h、2.5h、2.7h、3h等)。
在本发明中，所述辊压成型的厚度为80-120μm，例如80μm、82μm、85μm、87μm、90μm、92μm、95μm、98μm、100μm、102μm、105μm、107μm、110μm、112μm、115μm、118μm、120μm等。
作为本发明的优选技术方案，所述涂布方法包括如下步骤：
(1)先将三元正极材料和导电剂按照质量比为1:(0.03-0.1)进行一次球磨，一次球磨的球磨速率为20-30Hz，球磨时间为2-6h，球磨用球料比为(1-10):1，而后再加入粘结剂(粘结剂和三元正极材料的质量比为(0.005-0.02):1)进行二次球磨，二次球磨的球磨速率为20-30Hz，球磨时间为1-5h，球磨用球料比为(1-10):1，得到平均粒径为10-20μm的混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料通过雾化频率为40-60Hz的静电喷雾法喷雾沉积到正极集流体上，其次在温度为150-165℃条件下干燥1-3h，而后辊压成型，得到厚度为80-120μm的三元正极极片；其中，喷雾沉积过程中，雾化枪的枪嘴和正极集流体的夹角为45-90°，雾化枪的枪嘴和正极集流体的垂直距离为10-20cm。
本发明的目的之二在于提供一种如目的之一所述的涂布方法涂布得到三元正极极片。
本发明的目的之三在于提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括目的之二所述的三元正极极片。
本发明的目的之四在于提供一种如目的之三所述的锂离子电池作为动力电池在电动汽车或电子产品中的应用。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明中通过将三元正极材料、导电剂和粘结剂的混合物料通过静电喷雾法喷雾沉积到正极集流体上形成三元正极极片，该三元正极极片具有致密的界面接触和电子迁移通道，应用于锂离子电池中能够提高锂离子电池的能量密度(可达269.03Wh/kg)、循环性能(可达92％)以及倍率性能(在0.5C的倍率性能可达269.03mAh/g，在1C的倍率性能可达248.56mAh/g，在2C的倍率性能可达230.07mAh/g，在3C的倍率性能可达209.93mAh/g)。
附图说明
图1是实施例1得到的正极极片的扫描电镜图，标尺为10μm；
图2是对比例2得到的正极极片的扫描电镜图，标尺为10μm。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种三元正极极片的涂布方法，包括如下步骤：
(1)先将三元正极材料(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2)和导电剂KS-6按照质量比为100:6进行一次球磨，一次球磨的球磨速率为25Hz，球磨时间为5h，球磨用球料比为1:1，而后再加入聚偏氟乙烯(聚偏氟乙烯和三元正极材料的质量比为1.5:100)进行二次球磨，二次球磨的球磨速率为25Hz，球磨时间为2h，球磨用球料比为1:1，得到平均粒径为15μm的混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料通过静电喷雾法喷雾沉积到正极集流体铝箔上，其次在温度为160℃条件下干燥1小时50分钟，而后用二辊辊压机辊压成型，得到厚度为100μm的三元正极极片；其中，喷雾沉积过程中，雾化枪的枪嘴和正极集流体的夹角为75°，雾化枪的枪嘴和正极集流体的垂直距离为12cm。
图1为本实施例中得到的正极极片的扫描电镜图，从图1可知通过静电喷雾法喷雾沉积到正极极片物料颗粒分布均匀、致密无明显空穴，有利于电池性能的提升。
实施例2
本实施例提供一种三元正极极片的涂布方法，包括如下步骤：
(1)先将三元正极材料(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2)和导电剂KS-6按照质量比为100:5进行一次球磨，一次球磨的球磨速率为28Hz，球磨时间为2h，球磨用球料比为5:1，而后再加入聚偏氟乙烯(聚偏氟乙烯和三元正极材料的质量比为1.2:100)进行二次球磨，二次球磨的球磨速率为28Hz，球磨时间为3h，球磨用球料比为5:1，得到平均粒径为13μm的混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料通过静电喷雾法喷雾沉积到正极集流体铝箔上，其次在温度为150℃条件下干燥1小时40分钟，而后用二辊辊压机辊压成型，得到厚度为100μm的三元正极极片；其中，喷雾沉积过程中，雾化枪的枪嘴和正极集流体的夹角为88°，雾化枪的枪嘴和正极集流体的垂直距离为10cm。
将本实施例中的正极极片进行扫描电镜测试，可知正极极片表面颗粒分布均匀、致密无明显空穴，有利于电池性能的提升。
实施例3
本实施例提供一种三元正极极片的涂布方法，包括如下步骤：
(1)先将三元正极材料(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2)和导电剂KS-6按照质量比为100:4进行一次球磨，一次球磨的球磨速率为28Hz，球磨时间为5h，球磨用球料比为8:1，而后再加入聚偏氟乙烯(聚偏氟乙烯和三元正极材料的质量比为1:100)进行二次球磨，二次球磨的球磨速率为28Hz，球磨时间为4h，球磨用球料比为8:1，得到平均粒径为18μm的混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料通过静电喷雾法喷雾沉积到正极集流体铝箔上，其次在温度为164℃条件下干燥2小时，而后用二辊辊压机辊压成型，得到厚度为100μm的三元正极极片；其中，喷雾沉积过程中，雾化枪的枪嘴和正极集流体的夹角为75°，雾化枪的枪嘴和正极集流体的垂直距离为15cm。
将本实施例中的正极极片进行扫描电镜测试，可知正极极片表面颗粒分布均匀、致密无明显空穴，有利于电池性能的提升。
实施例4
本实施例提供一种三元正极极片的涂布方法，包括如下步骤：
(1)先将三元正极材料(LiNi0.89Co0.1Mn0.01O2)和导电剂KS-6按照质量比为100:3进行一次球磨，一次球磨的球磨速率为20Hz，球磨时间为5h，球磨用球料比为10:1，而后再加入聚偏氟乙烯(聚偏氟乙烯和三元正极材料的质量比为0.5:100)进行二次球磨，二次球磨的球磨速率为20Hz，球磨时间为1h，球磨用球料比为10:1，得到平均粒径为10μm的混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料通过静电喷雾法喷雾沉积到正极集流体铝箔上，其次在温度为150℃条件下干燥3小时，而后用二辊辊压机辊压成型，得到厚度为80μm的三元正极极片；其中，喷雾沉积过程中，雾化枪的枪嘴和正极集流体的夹角为45°，雾化枪的枪嘴和正极集流体的垂直距离为20cm。
将本实施例中的正极极片进行扫描电镜测试，可知正极极片表面颗粒分布均匀、致密无明显空穴，有利于电池性能的提升。
实施例5
本实施例提供一种三元正极极片的涂布方法，包括如下步骤：
(1)先将三元正极材料(LiNi0.85Co0.08Mn0.07O2)和导电剂KS-6按照质量比为100:10进行一次球磨，一次球磨的球磨速率为30Hz，球磨时间为5h，球磨用球料比为1:1，而后再加入聚偏氟乙烯(聚偏氟乙烯和三元正极材料的质量比为2:100)进行二次球磨，二次球磨的球磨速率为30Hz，球磨时间为5h，球磨用球料比为1:1，得到平均粒径为20μm的混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料通过静电喷雾法喷雾沉积到正极集流体铝箔上，其次在温度为165℃条件下干燥1小时，而后用二辊辊压机辊压成型，得到厚度为120μm的三元正极极片；其中，喷雾沉积过程中，雾化枪的枪嘴和正极集流体的夹角为90°，雾化枪的枪嘴和正极集流体的垂直距离为10cm。
将本实施例中的正极极片进行扫描电镜测试，可知正极极片表面颗粒分布均匀、致密无明显空穴，有利于电池性能的提升。
对比例1
将78g三元活性材料Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2与22g锂源材料混合进行微波烧结制粉形成高镍浓度的锂电三元正极材料。将90g正极材料与5g导电炭黑粉末进行混合M1。再将5g的PVDF加入到92g的NMP溶液中并持续混料2h形成稳定均匀的透明胶液，随后加入M1，在搅拌机中持续搅拌3h后形成稳定均匀的正极浆料，在通过辊压机压片干燥120℃，24h，制得正极极片。
对比例2
(1)先将PVDF和NMP按照8:92的质量比混合，先慢搅1h，然后再快搅1h进行分散制备预混液固含量为8％，接着加入三元活性材料和导电剂和NMP在1000rmp下搅拌6h形成浆料固含量为45％，制得正极浆料；
(2)将正极浆料涂覆到正极集流体铝箔上，其次在温度为150℃条件下干燥3小时，而后用二辊辊压机辊压成型，得到厚度为80μm的正极极片；
将步骤(2)采用的静电喷雾法替换为湿法工艺。
图2为本对比例中得到的正极极片的扫描电镜图，从图2可知通过成熟湿法工艺涂覆的正极极片颗粒分布不均匀、有颗粒团聚现象，且空穴较多，后期影响电池的性能。
对比例3
与实施例1的区别仅在于，将三元正极材料替换为钴酸锂。
将本发明各实施例和对比例得到的正极极片组装成电池：
将负极极片(材质锂片)、正极极片、电解液(组成EC:EMC:DMC体积比1:1:1)和隔膜(材质PE膜)组装成电池。
将上述组装的电池进行如下性能测试：
(1)循环性能测试：在常温条件，将制得的电池在扣式电池测试***上进行测试，充放电电压区间为3.0～4.2V，在0.5C电流密度下循环50周，测试容量保持率，50周容量保持率＝第50周循环放电比容量/首次放电比容量。
(2)倍率性能测试：在常温条件，将制得的电池在扣式电池测试***上进行测试，充放电电压区间为3.0～4.2V，在0.5C、1.0C、2.0C、5C电流密度下测试电池的放电比容量。
(3)能量密度：在常温条件，将制得的电池在扣式电池测试***上进行测试，充放电电压区间为3.0～4.2V，测试电池在0.5C电流密度下的能量密度。
测试结果见表1：
表1
Figure BDA0002490673730000111
由表1可知，本发明得到的正极极片制备的锂离子电池具有较高的能量密度、倍率性能以及循环性能；
通过实施例1和对比例1的对比可知采用静电喷雾法喷雾沉积制备出的正极极片表面物料颗粒分布均匀、致密无明显空穴，因此制备出的扣式电池电学性能明显优于对比例1；
通过实施例1和对比例2的对比可知用于湿法工艺制备出的正极极片颗粒分布不均匀、有颗粒团聚现象，且空穴较多，严重影响到电池电学性能；
通过实施例1和对比例3的对比可知高镍三元正极极片制备的电学性能明显优于钴酸锂。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种三元正极极片的涂布方法，其特征在于，所述涂布方法包括如下步骤：
(1)先将三元正极材料和导电剂进行一次干混，而后再加入粘结剂进行二次干混，得到混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料通过静电喷雾法喷雾沉积到正极集流体上，得到所述三元正极极片。
2.根据权利要求1所述的三元正极极片的涂布方法，其特征在于，所述三元正极材料的化学式为LiNixCoyMnzO2，其中0.80≤x≤0.89，0<y<0.1，0<z<0.1，且x+y+z＝1；
优选地，所述导电剂为KS-6；
优选地，所述三元正极材料和导电剂的质量比为1:(0.03-0.1)。
3.根据权利要求1或2所述的三元正极极片的涂布方法，其特征在于，步骤(1)所述一次干混的方式为球磨法；
优选地，所述球磨法的球磨速率为20-30Hz，球磨时间为2-6h；
优选地，所述球磨法用球料比为(1-10):1；
优选地，所述三元正极材料和导电剂干混后得到的物料的平均粒径D50为10-20μm，优选13-15μm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的三元正极极片的涂布方法，其特征在于，步骤(1)所述粘结剂为聚偏氟乙烯；
优选地，所述聚偏氟乙烯的数均分子量为70-90万；
优选地，所述聚偏氟乙烯的纯度不低于99.5％，含水率不高于0.1％；
优选地，所述聚偏氟乙烯和三元正极材料的质量比为(0.005-0.02):1；
优选地，步骤(1)所述二次干混的方式为球磨法；
优选地，所述球磨法的球磨速率为20-30Hz，球磨时间为1-5h；
优选地，所述球磨法用球料比为(1-10):1；
优选地，步骤(1)所述混合物料的平均粒径为10-20μm，优选13-15μm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的三元正极极片的涂布方法，其特征在于，步骤(2)所述静电喷雾法的雾化频率为40-60Hz；
优选地，步骤(2)所述喷雾沉积过程中，雾化枪的枪嘴和正极集流体的夹角为45-90°，雾化枪的枪嘴和正极集流体的垂直距离为10-20cm；
优选地，步骤(2)所述正极集流体为铝箔；
优选地，所述铝箔的纯度不低于98％，厚度为5-20μm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的三元正极极片的涂布方法，其特征在于，所述步骤(2)还包括将喷雾沉积后得到的预制品先进行干燥，而后进行辊压成型；
优选地，所述干燥的温度为150-165℃，干燥的时间为1-3h；
优选地，所述辊压成型的厚度为80-120μm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的三元正极极片的涂布方法，其特征在于，所述涂布方法包括如下步骤：
(1)先将三元正极材料和导电剂按照质量比为1:(0.03-0.1)进行一次球磨，一次球磨的球磨速率为20-30Hz，球磨时间为2-6h，球磨用球料比为(1-10):1，而后再加入粘结剂(粘结剂和三元正极材料的质量比为(0.005-0.02):1)进行二次球磨，二次球磨的球磨速率为20-30Hz，球磨时间为1-5h，球磨用球料比为(1-10):1，得到平均粒径为10-20μm的混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料通过雾化频率为40-60Hz的静电喷雾法喷雾沉积到正极集流体上，其次在温度为150-165℃条件下干燥1-3h，而后辊压成型，得到厚度为80-120μm的三元正极极片；其中，喷雾沉积过程中，雾化枪的枪嘴和正极集流体的夹角为45-90°，雾化枪的枪嘴和正极集流体的垂直距离为10-20cm。
8.根据权利要求1-7任一项所述的涂布方法涂布得到三元正极极片。
9.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括权利要求8所述的三元正极极片。
10.根据权利要求9所述的锂离子电池作为动力电池在电动汽车或电子产品中的应用。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112420987A (zh) * 2020-11-26 2021-02-26 惠州亿纬锂能股份有限公司 一种高孔隙率锂离子电池极片及其制备方法和用途
CN112420975A (zh) * 2020-10-20 2021-02-26 浙江南都电源动力股份有限公司 一种电池中电极极片的生产方法
CN113611814A (zh) * 2021-08-05 2021-11-05 南京航空航天大学 一种电池干法极片的制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1571195A (zh) * 2004-05-13 2005-01-26 复旦大学 用于薄膜锂离子电池的纳米阴极材料及其制备方法
CN103031014A (zh) * 2012-12-12 2013-04-10 中国科学院过程工程研究所 一种非导电基材粉末涂料涂层的制备方法
CN105226239A (zh) * 2014-05-09 2016-01-06 纳米新能源（唐山）有限责任公司 静电涂布制备锂离子薄膜电极方法、电极和包括其的电池
CN107611337A (zh) * 2017-09-21 2018-01-19 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种锂离子动力电池正极涂布的方法
CN108054434A (zh) * 2017-12-07 2018-05-18 东莞理工学院 一种一次电纺柔性超薄锂离子电池的制备方法
US20180323422A1 (en) * 2017-05-01 2018-11-08 Ut-Battelle, Llc Method of solvent-free manufacturing of composite electrodes incorporating radiation curable binders
CN111048739A (zh) * 2019-12-25 2020-04-21 中国科学院过程工程研究所 一种三元正极浆料及其制备方法和锂电电池

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1571195A (zh) * 2004-05-13 2005-01-26 复旦大学 用于薄膜锂离子电池的纳米阴极材料及其制备方法
CN103031014A (zh) * 2012-12-12 2013-04-10 中国科学院过程工程研究所 一种非导电基材粉末涂料涂层的制备方法
CN105226239A (zh) * 2014-05-09 2016-01-06 纳米新能源（唐山）有限责任公司 静电涂布制备锂离子薄膜电极方法、电极和包括其的电池
US20180323422A1 (en) * 2017-05-01 2018-11-08 Ut-Battelle, Llc Method of solvent-free manufacturing of composite electrodes incorporating radiation curable binders
CN107611337A (zh) * 2017-09-21 2018-01-19 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种锂离子动力电池正极涂布的方法
CN108054434A (zh) * 2017-12-07 2018-05-18 东莞理工学院 一种一次电纺柔性超薄锂离子电池的制备方法
CN111048739A (zh) * 2019-12-25 2020-04-21 中国科学院过程工程研究所 一种三元正极浆料及其制备方法和锂电电池

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MOHANAD AL-SHROOFY,ET AL.: ""Solvent-free dry powder coating process for low-cost manufacturing of LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 cathodes in lithium-ion batteries"", 《JOURNAL OF POWER SOURCES》 *
仵海东 主编: "《普通高等教育十三五规划教材 金属材料工程实验教程》", 31 July 2017, 冶金工业出版社 *
王岩等: "尖晶石LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4薄膜的制备及电化学研究进展", 《武汉工程大学学报》 *
薛兵，张晓军主编: "《应用物理》", 29 February 2012, 西安电子科技大学出版社 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112420975A (zh) * 2020-10-20 2021-02-26 浙江南都电源动力股份有限公司 一种电池中电极极片的生产方法
CN112420987A (zh) * 2020-11-26 2021-02-26 惠州亿纬锂能股份有限公司 一种高孔隙率锂离子电池极片及其制备方法和用途
CN113611814A (zh) * 2021-08-05 2021-11-05 南京航空航天大学 一种电池干法极片的制备方法

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