一种制备高容量锂离子电池正极极片的方法技术

本发明专利技术公开了一种制备高容量锂离子电池正极极片的方法，首先采用溶剂热合成技术制备具有单分散特征的锂离子电池正极材料LiMPO4，M为Fe、Co或者Mn；然后将获得的单分散正极材料制备成为电池浆料，在磁场强度1~10T定向排布处理3~12h，并在50~65℃的温度下干燥，获得高容量锂离子电池正极极片。将该极片制备成扣式电池进行测试，0.2C下定向排布的LiCoPO4克容量为135.7~142.9mAh/g。0.2C下定向排布的LiFePO4克容量为150.7~152.8mAh/g。0.2C下定向排布的LiMnPO4克容量为135.9~143.8mAh/g。本发明专利技术有效提高了LiMPO4的克容量。

Method for preparing positive electrode plate of high-capacity lithium ion battery

The invention discloses a preparation method of high capacity lithium ion battery positive plate, the solvothermal preparation technology with lithium ion battery cathode material LiMPO4 single scattering features, M Fe, Co or Mn; preparation of monodisperse become battery cathode material slurry and then obtain, in a magnetic field the strength of 1~10T alignment processing 3~12h, and drying at a temperature of 50~65 DEG C, obtaining a high capacity lithium ion battery positive plate. The polar chip was fabricated into a button cell for testing, and the capacity of LiCoPO4 under directional arrangement of 0.2C was 135.7~142.9mAh/g. The capacity of 0.2C under directional arrangement of LiFePO4 is 150.7~152.8mAh/g. The capacity of 0.2C under directional arrangement of LiMnPO4 is 135.9~143.8mAh/g. The invention effectively improves the capacity of LiMPO4.

【技术实现步骤摘要】
一种制备高容量锂离子电池正极极片的方法
本专利技术属于材料学领域，涉及一种电极，具体来说是一种制备高容量锂离子电池正极极片的方法。
技术介绍
随着社会的不断发展，世界能源消耗呈正增长趋势，矿物燃料的燃烧对生态环境造成严重污染，甚至危及到人类的生存。就目前来看，人们已提出和专利技术了多种储能技术来满足各个领域的不同需求。现有能量储存技术主要有物理式储能、化学式储能、电磁式储能和相变式储能等几大类。其中化学式储能分为钠硫电池、全钒液流电池、铅酸电池、锂离子电池等。这几种化学式储能方式相比较而言，锂离子电池具备能量密度相对高、电压平台高、对环境友好等优点，因此被称为绿色电池。近十几年来，中国的锂离子电池产业市场发展十分迅猛，基本形成了比较完善的产业链条，同时在国际锂离子电池材料的选配及研发领域占有重要的地位。同时锂离子电池具有大容量存储和高效率的充放电功能特点为其成为新能源汽车和其他新能源产品储能系统的首选产品。其中橄榄石结构的磷酸盐由于其独特的循环稳定性以及安全性得到了广泛的应用。同时，针对于磷酸盐的电化学修缮方式也有了很多方式，例如碳包覆，或是离子掺杂等。其改善方式都是通过化学手段实现的，但是我们也了解到许多材料具有各项异性独特性质，例如一些材料在不同方向的自发磁化率不同，或是在不同方向的拉伸极限不同。人们通过不同的处理方法，让其择优取向，以实现其各向异性的最大化。郭森林等人在专利一种磨料定向排布的陶瓷结合剂磨具及其制备方法（CN201645343U）中，提到了磨料的定向排布可以提高其抗拉性能的各向异性。SarahH.Tolbert报道了通过在高磁场中取向未聚合的六方晶溶胶性硅酸盐表面活性剂液晶，实现了缩合的六面体介孔结构二氧化硅（MCM-41）的多孔性的宏观取向。KartikowatiCW等报道了磁性定向排布是提高磁性材料磁性能的方法。TsunehisaKimura也在其文章中，详细的谈及了此类材料在不同的磁场中的定向排布情况，也在理论上分析了，磁场中精确对准的各种条件和物理模型。大量的研究表明橄榄石结构的磷酸盐有着在[010]方向的锂离子一维扩散通道，所以在合成磷酸盐正极材料时，应尽量减小其在[010]方向的尺寸，同时，通过孟良荣在文章LiCoPO4电化学嵌锂行为研究中谈到，橄榄石结构的磷酸盐的磁性能研究很早就已开始进行，其中LiCoPO4具有一个和[010]方向几乎平行的磁矩。相类似的LiFePO4和LiMnPO4也属于正交晶系橄榄石结构的磷酸盐，其同LiCoPO4类似同样存在磁性能的各向异性，且在存在有与[010]方向相平行的磁矩。通过以上分析目前LiMPO4，M为Fe、Co或者Mn作为锂离子电池正极材料得到的电池，可以通过磁控定向排布技术制备电池极片，以提升材料的锂离子电池扩散系数，进而提高其电化学性能。
技术实现思路
针对现有技术中的上述技术问题，本专利技术提供了一种制备高容量锂离子电池正极极片的方法，所述的这种制备高容量锂离子电池正极极片的方法要解决现有技术中的锂离子电池锂离子扩散系数不高、放电比容量较低的技术问题。本专利技术提供了一种制备高容量锂离子电池正极极片的方法，首先采用溶剂热合成技术制备具有单分散特征的锂离子电池正极材料LiMPO4，M为Fe、Co或者Mn；然后将获得的单分散正极材料制备成为电池浆料，在磁场强度1~10T定向排布处理3~12h，并在50~65℃的温度下干燥，获得高容量锂离子电池正极极片。进一步的，所述的采用溶剂热合成技术制备具有单分散特征的锂离子电池正极材料LiMPO4的方法如下：1)将84.33重量份的水合硫酸钴、83.403重量份的水合硫酸亚铁、50.706重量份水合硫酸锰和150重量份的去离子水混合，搅拌均匀，获得透明溶液；2)然后在步骤1）中加入502重量份的乙二醇后，搅拌均匀，获得透明溶液；3)将34.588份重量份的磷酸加入到步骤2）得到的溶液中，搅拌均匀，获得透明溶液；4)将37.764重量份的水合氢氧化锂溶解在150重量份的去离子水中，加入到步骤3）中的溶液中，获得乳浊液；5)将15重量份蔗糖加入到步骤4）的乳浊液中，搅拌混合均匀的乳浊液，转入反应釜中，在160~220℃下反应1~5小时，取出后抽滤干燥得到锂离子电池正极材料LiMPO4，M为Fe、Co或者Mn。进一步的，将获得的单分散正极材料制备成为电池浆料的步骤如下：1)将3.2重量份的锂离子电池正极材料LiMPO4，M为Fe、Co或者Mn、0.4重量份的Sup-P导电炭黑混合，震荡混匀；2)在步骤1）的物料中加入10重量份的PVDF粘结剂；3)在步骤2）的物料中加入30.28重量份的NMP溶剂，并搅拌均匀；4)将步骤3）的浆液搅拌1~3h，倒置在铝箔上，涂覆均匀；5)将步骤4）涂覆好的电极浆料放置在磁场中，并干燥，控制磁感应强度为1~10T以及在磁场中处理的时间3~12h，并在50~65℃的温度下干燥，即得到高容量锂离子电池正极极片。进一步的，所述的电池浆料处理条件为，磁场强度1T，处理时间为12h。进一步的，所述的电池浆料处理条件为，磁场强度5T，处理时间为6h。进一步的，所述的电池浆料处理条件为，磁场强度10T，处理时间为3h。本专利技术是一种用于提高通过水热法合成的单分散的锂离子电池正极材料LiMPO4(M=Fe,Co或者Mn)电化学性能的磁控定向排布技术，与传统的化学提高材料性能方法相比，由于使用静磁场作为制备电极的关键，一定程度上减少了提高电池性能的成本，因此，本专利技术的锂离子电池正极材料LiMPO4（M为Fe、Co或者Mn）磁控定向排布技术对于电池性能的提升也具有十分重要的意义。将该极片制备成扣式电池进行测试，0.2C下定向排布的LiCoPO4克容量为135.7~142.9mAh/g。没有进行磁场处理的LiCoPO4样品，0.2C下克容量为133.5mAh/g。0.2C下定向排布的LiFePO4克容量为150.7~152.8mAh/g。没有进行磁场处理的LiFePO4样品，0.2C下克容量为141.5mAh/g。0.2C下定向排布的LiMnPO4克容量为135.9~143.8mAh/g，。没有进行磁场处理的LiMnPO4样品，0.2C下克容量为133.7mAh/g。本专利技术提供的技术，有效提高了LiMPO4(M=Fe,Co或者Mn)的克容量，具有很好的应用价值。本专利技术和已有技术相比，其技术进步是显著的。本专利技术通过磁控定向排布技术制备电池极片，从材料的物理特性对其进行微操控，进而实现宏观上锂离子扩散系数的提高，有效的提高电池的放电比容量。附图说明图1为实施例1中合成的LiCoPO4粉末的SEM图。图2为实施例1，4和7中LiMPO4（M为Fe、Co或者Mn）的XRD图。图3为实施例1中定向排布后LiCoPO4的XRD图。图4为实施例1中LiCoPO4磁控排布制备的电池充放电图。图5为实施例4中LiFePO4磁控排布制备的电池充放电图。图6为实施例7中LiMnPO4磁控排布制备的电池充放电图。具体实施方式下面通过实施例并结合附图对本专利技术进行详细说明，但并不限制本专利技术。电池的制备与电化学性能测试方法1、电池组装与性能测试用2016型半电池评估获得LiMPO4（M为Fe、Co或者Mn）的电化学性能。将轧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备高容量锂离子电池正极极片的方法，其特征在于:首先采用溶剂热合成技术制备具有单分散特征的锂离子电池正极材料LiMPO4，M为Fe、Co或者Mn；然后将获得的单分散正极材料制备成为电池浆料，在磁场强度1~10T定向排布处理3~12h，并在50~65℃的温度下干燥，获得高容量锂离子电池正极极片。

【技术特征摘要】
1.一种制备高容量锂离子电池正极极片的方法，其特征在于:首先采用溶剂热合成技术制备具有单分散特征的锂离子电池正极材料LiMPO4，M为Fe、Co或者Mn；然后将获得的单分散正极材料制备成为电池浆料，在磁场强度1~10T定向排布处理3~12h，并在50~65℃的温度下干燥，获得高容量锂离子电池正极极片。2.如权利要求1所述的一种制备高容量锂离子电池正极极片的方法，其特征在于包括如下步骤：1）将84.33重量份的水合硫酸钴或者83.403重量份的水合硫酸亚铁或者50.706重量份水合硫酸锰和150重量份的去离子水混合，搅拌均匀，获得透明溶液；2）然后在步骤1）中加入502重量份的乙二醇后，搅拌均匀，获得透明溶液；3）将34.588份重量份的磷酸加入到步骤2）得到的溶液中，搅拌均匀，获得透明溶液；4）将37.764重量份的水合氢氧化锂溶解在150重量份的去离子水中，加入到步骤3）中的溶液中，获得乳浊液；5）将15重量份蔗糖加入到步骤4）的乳浊液中，搅拌混合均匀的乳浊液，转入反应釜中，在160~220℃下反应1~5小时，取出后抽滤干燥得到锂离子电池正极材料LiMPO4，M为Fe、Co或者Mn...

【专利技术属性】
技术研发人员：章冬云，乔金，周江，赵萌，薛宇，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：上海,31