鋰離子二次電池正極極片的製作方法

2023-06-04 18:01:31 3

專利名稱：鋰離子二次電池正極極片的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種鋰離子二次電池正極極片，尤其是一種能夠改善鋰離子二次電池 的循環性能的正極極片。
背景技術：
鋰離子二次電池具有高能量密度、高電壓、低自放電率和重量輕等優點，因此被廣 泛應用於筆記本電腦、數位相機、手機、MP3、MP4等各種可攜式移動電子設備中。隨著可攜式移動電子設備向小型化、多功能化方向發展，人們對鋰離子二次電池 的能量密度的要求越來越高。為了提高鋰離子二次電池的能量密度，現有技術採用了多種 技術方案，例如，提高鋰離子二次電池的充電截至電壓。但是，提高充電截至電壓會增加正 極在高電位時的氧化性，增進正極和電解液之間的反應，引起電池循環性能惡化。此外，對 正極活性物質進行結構摻雜或者表面包覆雖然也可以改善鋰離子二次電池的循環性能，但 是結構摻雜或者表面包覆處理過程繁雜，增加了電池的成本。有鑑於此，確有必要提供一種可提高鋰離子二次電池高電位下的循環性能的正極 極片。

發明內容
本發明的目的在於提供一種可提高鋰離子二次電池高電位下的循環性能的正極 極片。為了實現上述目的，本發明提供了一種鋰離子二次電池正極極片，其包括正極集 流體和附著在正極集流體上的正極膜片，其中，正極膜片中含有均勻分布的磷酸鋰。相對於現有技術，本發明鋰離子二次電池正極極片至少具有以下優點首先，磷酸 鋰具有較強的抗氧化性，可以減弱高電位下正極活性物質對電解液的氧化；其次，磷酸鋰傳 導鋰離子的性能很強，能夠有效降低正極活性物質和電解液的界面電阻，降低正極活性物 質的極化電位和氧化性，改善鋰離子二次電池高電位下的循環性能。作為本發明鋰離子二次電池正極極片的一種改進，所述正極膜片中，磷酸鋰的重 量含量為0. 1%至5. 0%。當正極膜片中的磷酸鋰的重量含量小於0. 1%時，對電池的高電壓 循環性能沒有明顯改善；當正極膜片中的磷酸鋰的重量百分含量大於5%時，由於磷酸鋰的 密度遠低於常用的正極活性物質一過渡金屬氧化物及其衍生物(如LiCoO2及其摻雜或者 表面包覆的衍生物、LiNiCoMnA及其摻雜或者表面包覆的衍生物、LiNia5Mn1-P2及其摻雜或 者表面包覆的衍生物，以及LiMn2O4及其摻雜或者表面包覆的衍生物)的密度，會降低鋰離 子二次電池的能量密度。作為本發明鋰離子二次電池正極極片的一種改進，所述正極膜片中的磷酸鋰為團 聚體，其中值直徑約為 ο μ m。作為本發明鋰離子二次電池正極極片的一種改進，所述正極集流體為鋁合金集流 體。
作為本發明鋰離子二次電池正極極片的一種改進，所述正極膜片中含有正極活性 物質，正極活性物質可以是過渡金屬氧化物LiNia5MnL5O2^icoOyLiMn2CVLiNiCoOyLiNiA 或其經過其他金屬元素摻雜或者包覆後的氧化物。


下面結合附圖和具體實施方式
，對本發明鋰離子二次電池正極極片及其有益技術 效果進行詳細說明。圖1為本發明鋰離子二次電池正極極片的結構示意圖。圖2為比較例鋰離子二次電池和採用本發明鋰離子二次電池正極極片各個實施 例的鋰離子二次電池在常溫4. 35V下，以IC充電IC放電的循環曲線圖。
具體實施例方式比較例
正極極片的製備將鋰鈷氧(LiCoO2)、導電碳粉(Super-P)、聚偏氟乙烯(PVDF)按重量 比97 1. 0 2. 0混合均勻，加入N，N- 二甲基吡咯烷酮(NMP)混合攪拌均勻得到具有一定流 動性的正極漿料；然後，將正極漿料塗布在16 μ m厚的1145鋁合金鋁箔的兩面，塗布重量為 0. 266g/1540. 25mm2,烘乾製成具有一定柔韌度的正極極片；最後，分別經過冷壓、分條，再 用虹0. Imm的鋁片製成的正極極耳焊接在鋁箔上，製得正極極片。負極極片的製備將石墨Al，導電碳粉(Super-P)、羧甲基纖維素鈉(CMC)、丁苯 橡膠(SBR)乳液按重量比96. 5 1. 0 1. 0 :1. 5加入去離子水中混合攪拌均勻，得到具有一 定流動性的負極漿料；然後，將負極漿料均勻塗布在9 μ m厚的金屬銅箔的兩面，塗布重量 為0. 128g/1540. 25mm2,烘乾製成具有一定柔韌度的負極極片；最後，經過冷壓、分條，再用 4x0. Imm的鎳片製成的負極極耳焊接在銅箔上後，製得負極極片。鋰離子二次電池的製備將根據前述工藝製備的正極極片、負極極片和Tonen公 司型號為F20BMU的隔離膜通過卷繞製成型號為606268的液態軟包裝鋰離子二次電池用裸 電芯，然後經過頂封、側封、真空乾燥、注電解液、真空封裝、化成和陳化等工藝，製得成品鋰 離子二次電池。實施例1
正極極片的製備將鋰鈷氧(LiCoO2)、導電碳粉(Super-P)、聚偏氟乙烯(PVDF)、磷酸 鋰(Li3PO4)按重量比96. 9 1.0 2. O :0. 1混合均勻，加入N, N- 二甲基吡咯烷酮(NMP)混 合攪拌均勻得到具有一定流動性的正極漿料；然後，將正極漿料塗布在16 μ m厚的1145鋁 合金鋁箔兩面，塗布重量為0. 266g/1540. 25mm2,烘乾製成具有一定柔韌度的正極極片；最 後，分別經過冷壓、分條，再用4x0. Imm的鋁片製成的正極極耳焊接在鋁箔上，製得正極極 片。負極極片的製備將石墨Al，導電碳粉(Super-P)、羧甲基纖維素(CMC)、丁苯 橡膠乳液按重量比96. 5 1. 0 1. 0 1. 5加入去離子水中混合攪拌均勻，得到具有一定 流動性的負極漿料；然後，將負極漿料均勻塗布在9μπι厚的金屬銅箔的兩面，塗布重量 為0. 128g/1540. 25mm2,烘乾成具有一定柔韌度的負極極片；最後，經過冷壓、分條，再用 4x0. Imm的鎳片製成的負極極耳焊接在銅箔上後，製得負極極片。
鋰離子二次電池的製備將根據前述工藝製備的正極極片、負極極片和Tonen公 司型號為F20BMU的隔離膜通過卷繞製成型號為606268的液態軟包裝鋰離子二次電池用裸 電芯，然後經過頂封、側封、真空乾燥、注電解液、真空封裝、化成和陳化等工藝，製得成品鋰 離子二次電池。實施例2
正極極片的製備將鋰鈷氧(LiCoO2)、導電碳粉(Super-P)、聚偏氟乙烯(PVDF)、磷酸 鋰(Li3PO4)按重量比96. 5 1.0 2. O :0. 5混合均勻，加入N, N- 二甲基吡咯烷酮(NMP)混 合攪拌均勻得到具有一定流動性的正極漿料；然後，將正極漿料塗布在16 μ m厚的1145鋁 合金鋁箔兩面，塗布重量為0. 266g/1540. 25mm2,烘乾製成具有一定柔韌度的正極極片；最 後，分別經過冷壓、分條，再用4x0. Imm的鋁片製成的正極極耳焊接在鋁箔上，製得正極極 片。負極極片的製備將石墨Al，導電碳粉(Super-P)、羧甲基纖維素(CMC)、丁苯 橡膠乳液按重量比96. 5 :1. 0 :1. 0 :1. 5加入去離子水中混合攪拌均勻，得到具有一定 流動性的負極漿料；然後，將負極漿料均勻塗布在9μπι厚的金屬銅箔的兩面，塗布重量 為0. 128g/1540. 25mm2,烘乾成具有一定柔韌度的負極極片；最後，經過冷壓、分條，再用 4x0. Imm的鎳片製成的負極極耳焊接在銅箔上後，製得負極極片。鋰離子二次電池的製備將根據前述工藝製備的正極極片、負極極片和Tonen公 司型號為F20BMU的隔離膜通過卷繞製成型號為606268的液態軟包裝鋰離子二次電池用裸 電芯，然後經過頂封、側封、真空乾燥、注電解液、真空封裝、化成和陳化等工藝，製得成品鋰 離子二次電池。實施例3
正極極片的製備將鋰鈷氧(LiCoO2)、導電碳粉(Super-P)、聚偏氟乙烯(PVDF)、磷酸 鋰(Li3PO4)按重量比95. O :1.0 :2. O :2. O混合均勻，加入N，N-二甲基吡咯烷酮(NMP)混 合攪拌均勻得到具有一定流動性的正極漿料；然後，將正極漿料塗布在16 μ m厚的1145鋁 合金鋁箔兩面，塗布重量為0. 266g/1540. 25mm2,烘乾製成具有一定柔韌度的正極極片；最 後，分別經過冷壓、分條，再用4x0. Imm的鋁片製成的正極極耳焊接在鋁箔上，製得正極極 片。負極極片的製備將石墨Al，導電碳粉(Super-P)、羧甲基纖維素(CMC)、丁苯 橡膠乳液按重量比96. 5 :1. 0 :1. 0 :1. 5加入去離子水中混合攪拌均勻，得到具有一定 流動性的負極漿料；然後，將負極漿料均勻塗布在9μπι厚的金屬銅箔的兩面，塗布重量 為0. 128g/1540. 25mm2,烘乾成具有一定柔韌度的負極極片；最後，經過冷壓、分條，再用 4x0. Imm的鎳片製成的負極極耳焊接在銅箔上後，製得負極極片。鋰離子二次電池的製備將根據前述工藝製備的正極極片、負極極片和Tonen公 司型號為F20BMU的隔離膜通過卷繞製成型號為606268的液態軟包裝鋰離子二次電池用裸 電芯，然後經過頂封、側封、真空乾燥、注電解液、真空封裝、化成和陳化等工藝，製得成品鋰 離子二次電池。實施例4
正極極片的製備將鋰鈷氧(LiCoO2)、導電碳粉(Super-P)、聚偏氟乙烯(PVDF)、磷酸 鋰(Li3PO4)按重量比93. O :1.0 :2. O :5. O混合均勻，加入N，N-二甲基吡咯烷酮(NMP)混合攪拌均勻得到具有一定流動性的正極漿料；然後，將正極漿料塗布在16μπι厚的1145鋁 合金鋁箔兩面，塗布重量為0. 266g/1540. 25mm2,烘乾製成具有一定柔韌度的正極極片；最 後，分別經過冷壓、分條，再用4x0. Imm的鋁片製成的正極極耳焊接在鋁箔上，製得正極極 片。負極極片的製備將石墨Al，導電碳粉(Super-P)、羧甲基纖維素(CMC)、丁苯 橡膠乳液按重量比96. 5 :1. 0 :1. 0 :1. 5加入去離子水中混合攪拌均勻，得到具有一定 流動性的負極漿料；然後，將負極漿料均勻塗布在9μπι厚的金屬銅箔的兩面，塗布重量 為0. 128g/1540. 25mm2,烘乾成具有一定柔韌度的負極極片；最後，經過冷壓、分條，再用 4x0. Imm的鎳片製成的負極極耳焊接在銅箔上後，製得負極極片。鋰離子二次電池的製備將根據前述工藝製備的正極極片、負極極片和Tonen公 司型號為F20BMU的隔離膜通過卷繞製成型號為606268的液態軟包裝鋰離子二次電池用裸 電芯，然後經過頂封、側封、真空乾燥、注電解液、真空封裝、化成和陳化等工藝，製得成品鋰 離子二次電池。圖1為本發明鋰離子二次電池正極極片10的結構示意圖，其包括正極集流體20 和附著在正極集流體20上的正極膜片30。正極膜片30含有正極活性物質和均勻分布在 正極膜片30中的磷酸鋰，正極活性物質可以是過渡金屬氧化物，如LiCo02、LiNi0.5MnL502, LiMn2O4, LiNiCoO2, LiNiO2及其經過其他金屬元素摻雜或者包覆後的氧化物，也可以是 0(氧)被F(氟)取代後的氧化物。此外，需要指出的是，在本發明的各個實施例中，磷酸鋰 為一種團聚體，其中值直徑約為10ym(中值直徑是指用雷射粒度分析儀測得的體積累積 為50%時的顆粒直徑)，其一次粒子的顆粒度為< 1 μ m。圖2為比較例鋰離子二次電池和採用本發明鋰離子二次電池正極極片各個實施 例的鋰離子二次電池在常溫4. 35V下，以IC充電IC放電的循環曲線圖。從圖中可以看出 採用本發明鋰離子二次電池正極極片各個實施例的鋰離子二次電池的循環性能明顯好於 比較例鋰離子二次電池的循環性能，其中，實施例3和實施例4對應的鋰離子二次電池的循 環性能由比較例的80次循環80%的容量保持率分別提升到300次循環80%的容量保持率 和300次循環87%的容量保持率，因此，可顯著改善鋰離子二次電池高電位下的循環性能。需要說明的是，根據上述說明書的揭示和闡述，本發明所屬領域的技術人員還可 以對上述實施方式進行變更和修改。因此，本發明並不局限於上面揭示和描述的具體實施 方式，對本發明的一些等同修改和變更也應當在本發明的權利要求的保護範圍內。此外，盡 管本說明書中使用了一些特定的術語，但這些術語只是為了方便說明，並不對本發明構成 任何限制。
權利要求
1.一種鋰離子二次電池正極極片，其包括正極集流體和附著在正極集流體上的正極膜 片，其特徵在於所述正極膜片中含有均勻分布的磷酸鋰。
2.根據權利要求1所述的鋰離子二次電池正極極片，其特徵在於所述正極膜片中，磷 酸鋰的重量含量為0. 1%至5. 0%。
3.根據權利要求1所述的鋰離子二次電池正極極片，其特徵在於所述正極膜片中的 磷酸鋰為團聚體，其中值直徑約為ΙΟμπι。
4.根據權利要求1所述的鋰離子二次電池正極極片，其特徵在於所述正極集流體為 鋁合金集流體。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的鋰離子二次電池正極極片，其特徵在於 所述正極膜片中含有正極活性物質，正極活性物質可以是過渡金屬氧化物LiCo02、 LiNi0.5MnL502, LiMn2O4, LiNiCoO2, LiNiO2或其經過其他金屬元素摻雜或者包覆後的氧化物。
全文摘要
本發明公開了一種鋰離子二次電池正極極片，其包括正極集流體和附著在正極集流體上的正極膜片，其中，正極膜片中含有均勻分布的磷酸鋰。本發明鋰離子二次電池正極極片的正極膜片中均勻分布有磷酸鋰，磷酸鋰具有較強的抗氧化性，可以減弱高電位下正極活性物質對電解液的氧化；磷酸鋰傳導鋰離子的性能很強，可有效降低正極活性物質和電解液的界面電阻，降低正極活性物質的極化電位和氧化性，改善鋰離子二次電池高電位下的循環性能。
文檔編號H01M4/131GK102064314SQ20101059519
公開日2011年5月18日 申請日期2010年12月20日 優先權日2010年12月20日
發明者李厚萍 申請人:東莞新能源科技有限公司