CN113611839A - 一种新型混合体系富锂锰基正极片及其制备方法，锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种新型混合体系富锂锰基正极片及包含该正极片的锂离子电池，所述正极片包括正极集流体和涂覆在所述正极集流体上的正极涂层，正极涂层包括正极活性物质、正极导电剂、正极粘结剂，正极活性物质为锰酸锂、镍钴锰酸锂和富锂锰基正极材料组成的混合物。本发明采用的正极片将镍钴锰酸锂、锰酸锂、富锂锰基正极材料混合搭配使用，锰酸锂低成本、高安全，镍钴锰酸锂三元材料提供高容量，长循环，富锂锰基正极材料改善锰酸锂的高温性能和高温循环性能。使用该正极片的锂离子电池，能量密度、高温性能、常温和高温循环性能明显优于纯锰酸锂材料电池。因降低了三元材料的含量，也显著降低了锂离子电池的制造成本。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种新型混合体系富锂锰基正极片及其制备方法，锂离子电池。
背景技术
电动汽车、电动自行车以及电动工具等领域对锂离子电池的需求量逐年增加。在不久的将来锂离子电池的产量必将迎来一段时间的爆发式增长。
现有的锂离子电池正极材料有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、富锂锰基正极材料基正极材料等，其中钴酸锂能量密度高，压实密度高，但循环性能一般、价格昂贵；锰酸锂具有价格便宜、锰资源丰富、安全性好的特点，但克容量偏低，且循环性能、高温性能差；磷酸铁锂具有安全、循环性能好、价格低等优势，但压实密度低、电子电导率差、电压平台低，仅为3.2V；镍钴锰酸锂具有克容量高，循环性能好等优势，但安全性很差。富锂锰基正极材料具有电压平台高、克容量高、高温性能好等优势，虽然价格高于锰酸锂，但比三元材料价格低。
发明内容
本发明的第一个目的是针对现有电池材料体系技术中所存在的问题，提供一种新型混合体系锂离子电池用正极片，发挥各材料的优势取长补短；本发明的第二个目的提供一种包含上述正极片的锂离子电池。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种新型混合体系富锂锰基正极片，包括正极集流体和涂覆在所述正极集流体上的正极涂层，所述正极涂层的组分包括正极活性物质、正极导电剂、正极粘结剂，所述正极活性物质为锰酸锂、镍钴锰酸锂和富锂锰基正极材料组成的混合物。
优选地，所述锰酸锂具有尖晶石型晶体结构，化学式为LiMn2O4；所述镍钴锰酸锂为单晶或多晶三元材料，具有六边a-NaFeO2层状晶体结构，属于R-3m空间结构，化学式为LiNixCoyMn1-x-yO2，其中0<x<1，0<y<1，x+y<1；所述富锂锰基正极材料具有层状结构，化学式为xLi2MnO3(1-x)LiMO2，其中，M＝Ni、Mn。
优选地，所述正极涂层以百分比计包括以下组分：50～90％wt锰酸锂，0～25％wt镍钴锰酸锂，3～50％wt富锂锰基正极材料，0.3～4％wt正极导电剂，0.3～4％wt正极粘结剂。
优选地，所述正极导电剂为炭黑、碳纳米管、导电石墨、碳纤维中的一种或两种以上的混合物。
优选地，所述正极粘结剂为聚偏氟乙烯。
优选地，所述正极片的制备包含以下步骤：
S1.按比例分别称量锰酸锂、镍钴锰酸锂、富锂锰基正极材料、正极导电剂、正极导电剂，加入N-甲基吡咯烷酮作为溶剂搅拌均匀，得到浆料；
S2.将上述浆料均匀地涂布在铝箔上，烘干、辊压。
基于一个总的发明构思，本发明的另一个目的在于保护一种锂离子电池，包含上述任意一项所述的新型混合体系富锂锰基正极片。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果如下：
1、本发明采用的正极片将镍钴锰酸锂、锰酸锂、富锂锰基正极材料混合搭配使用，锰酸锂低成本、高安全，镍钴锰酸锂三元材料提供高容量，长循环，富锂锰基正极材料改善锰酸锂的高温性能和高温循环性能。
2、使用本发明正极片的锂离子电池，能量密度、高温性能和循环性能明显优于纯锰酸锂材料的电池。
3、由于本发明中降低了三元材料的含量，因此也显著降低了锂离子电池的制造成本。
附图说明
图1为本发明实施例1的循环容量保持率对比图；
图2为本发明实施例2的55℃高温搁置7天对比图；
图3为本发明实施例3的高温循环容量保持率对比图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加明白清楚，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，但是本发明并不限于这些实施例。需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为质量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如没有特别说明，均为本领域的常规方法。
下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
实施例1
按质量比为4％∶13％∶79％∶1％∶0.7％∶2.3％称取对应的LiNi5Co2Mn3O2、6Li2MnO34LiMO2、LiMn2O4、炭黑、碳纳米管、聚偏氟乙烯，加入适量的N-甲基吡咯烷酮，搅拌均匀得到常规粘度的浆料；
将浆料涂敷在铝箔上，烘干、辊压、裁切成合适大小的正极片；用此极片组成锂离子电池，并测试其电性能。
同时，在其他条件相同的情况下，制作正极仅用锰酸锂材料制作的电池，作为对比样1。
如图1所示为循环容量保持率对比图，实施例1：1C充放循环770周容量保持率84.12％，对比样：1C充放循环770周容量保持率80.08％。
实施例2
按质量比为8％∶19％∶69％∶1％∶0.7％∶2.3％称取对应的LiNi5.5Co1.5Mn3O2、6Li2MnO34LiMO2、LiMn2O4、炭黑、碳纳米管、聚偏氟乙烯，加入适量的N-甲基吡咯烷酮，搅拌均匀得到常规粘度的浆料；
将浆料涂敷在铝箔上，烘干、辊压、裁切成合适大小的正极片；用此极片组成锂离子电池，并测试其电性能。
同时，在其他条件相同的情况下，制作正极仅用锰酸锂材料制作的电池，作为对比样2。
如图2所示为55℃高温搁置7天对比图，实施例2：55℃高温搁置7天，容量保持率94.71％，恢复率99.10％；对比样：55℃高温搁置7天，容量保持率90.53％，恢复率95.58％。
实施例3
按质量比为10％∶16％∶70％∶1％∶0.7％∶2.3％称取对应的LiNi5Co2Mn3O、7Li2MnO33LiMO2、LiMn2O4、炭黑、碳纳米管、聚偏氟乙烯，加入适量的N-甲基吡咯烷酮，搅拌均匀得到常规粘度的浆料；
将浆料涂敷在铝箔上，烘干、辊压、裁切成合适大小的正极片；用此极片组成锂离子电池，并测试其电性能。
同时，在其他条件相同的情况下，制作正极仅用锰酸锂材料制作的电池，作为对比样3。
如图3所示为45℃高温循环图，实施例3：45℃下1C充放循环400周容量保持率91.13％，对比样：45℃下1C充放循环400周容量保持率80.98％。
如图1、图2、图3可知，本发明混合体系的复合正极片性能优于单独使用的镍钴锰酸锂材料和锰酸锂材料。
上述实施例仅仅是本发明的较优实施方式，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修饰、修改及替代变化，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种新型混合体系富锂锰基正极片，其特征在于，包括正极集流体和涂覆在所述正极集流体上的正极涂层，所述正极涂层的组分包括正极活性物质、正极导电剂、正极粘结剂，所述正极活性物质为锰酸锂、镍钴锰酸锂和富锂锰基正极材料组成的混合物。
2.根据权利要求1所述的一种新型混合体系富锂锰基正极片，其特征在于，所述锰酸锂具有尖晶石型晶体结构，化学式为LiMn2O4；所述镍钴锰酸锂为单晶或多晶三元材料，具有六边a-NaFeO2层状晶体结构，属于R-3m空间结构，化学式为LiNixCoyMn1-x-yO2，其中0<x<1，0<y<1，x+y<1；所述富锂锰基正极材料具有层状结构，化学式为xLi2MnO3(1-x)LiMO2，其中，M＝Ni、Mn。
3.根据权利要求1所述的一种新型混合体系富锂锰基正极片，其特征在于，所述正极涂层以百分比计包括以下组分：50～90％wt锰酸锂，0～25％wt镍钴锰酸锂，3～50％wt富锂锰基正极材料，0.3～4％wt正极导电剂，0.3～4％wt正极粘结剂。
4.根据权利要求1所述的一种新型混合体系富锂锰基正极片，其特征在于，所述正极导电剂为炭黑、碳纳米管、导电石墨、碳纤维中的一种或两种以上的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种新型混合体系富锂锰基正极片，其特征在于，所述正极粘结剂为聚偏氟乙烯。
6.根据权利要求1所述的一种新型混合体系富锂锰基正极片，其特征在于，所述正极片的制备包含以下步骤：
S1.按比例分别称量锰酸锂、镍钴锰酸锂、富锂锰基正极材料、正极导电剂、正极导电剂，加入N-甲基吡咯烷酮作为溶剂搅拌均匀，得到浆料；
S2.将上述浆料均匀地涂布在铝箔上，烘干、辊压。
7.一种锂离子电池，其特征在于，包含权利要求1～6中任意一项所述的新型混合体系富锂锰基正极片。
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