一种复合电极极片制备方法及其复合电极极片和锂离子电池技术

本发明专利技术涉及一种复合电极极片制备方法，其特征是：将锂离子正极的单晶颗粒材料浆料和二次球颗粒材料浆料分层涂布在集流体上制备正极极片，双层涂布极片碾压后制成复合电极极片以及包括复合电极极片的锂离子电池。有益效果：本发明专利技术将单晶材料和二次球材料分双层涂布于集流体表面，制成双层浆料的极片再将双层涂布极片碾压得到最终所需复合电极极片。作为内层涂布在集流体上可显著增加材料与集流体之间的接触位点，从而增强导电性，且单晶材料在充放电过程中不易开裂，保证了接触位点的稳定性；二次球材料孔隙率高，涂布在单晶层上方靠近电解液有利于电解液浸润，提升离子的传输能力进而提高材料容量发挥。力进而提高材料容量发挥。力进而提高材料容量发挥。

【技术实现步骤摘要】
一种复合电极极片制备方法及其复合电极极片和锂离子电池


[0001]本专利技术属于
，尤其涉及一种复合电极极片制备方法及其复合电极极片和锂离子电池。

技术介绍

[0002]续航里程是衡量锂离子电池性能的一个重要指标，一般来说电池容量越大，电池存储能量越高，续航里程也就越大。因此提升电池续航能力的一个有效方法是提高电池中正极材料的克容量。为了增加电池的容量，研究人员对正极材料做了大量工作。例如，Naoaki Yabuuchi等人通过机械球磨法成功合成了纳米锰酸锂和磷酸铁锂复合正极材料，这种独特的纳米结构使电池的比容量提高(Miho Sawamura,Naoaki Yabuuchi,et al.Nanostructured LiMnO
2 with Li3PO
4 Integrated at the Atomic Scale for High
‑
Energy Electrode Materials with Reversible Anionic Redox[J].ACS centra science,2020,6,2326)，但是生产成本较高，一定程度上限制其在工业上大规模使用。
[0003]三元材料因制备方法简单且产量高，适合工业化生产而被广泛应用。通常采用镍、钴、锰或铝的三元氢氧化物前驱体和锂盐为原料经过高温烧结来制备。调控烧结温度和烧结时间可以得到两种不同晶型的三元材料，在700℃左右烧结可以得到由一次颗粒聚集生长而成的二次球材料，二次球材料孔隙率高、电子传输速度快，且由于其一次颗粒粒径较小，因此材料阻抗小、倍率性能优异但是稳定性较差。在900℃左右烧结可以得到表面光滑的单晶材料，单晶材料在连续充放电过程中不易开裂、稳定性好，但倍率性能较差。研究发现将单晶材料和二次球材料进行混合制备的复合材料具有协同作用，既可以解决二次球材料稳定性差的缺点，又能改善单晶材料阻抗大的劣势，进而显著提升复合材料电性能。目前制备复合电极普遍使用的方法是先将多种活性材料浆料混合均匀，采用一步法涂布到集流体上，该方法操作简单，然而由于范德华力，晶粒难免会重新聚集，单晶颗粒和二次球颗粒堆叠在一起，会弱化两者的优势。因此，如何充分发挥多种活性材料的优势是目前的研究热点。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种复合电极极片制备方法及其复合电极极片和锂离子电池,将单晶材料和二次球材料按照设计顺序依次涂覆到集流体表面制成复合电极极片，以达到提升正极材料克容量和首次充放电首次效率的目的；以其制备的锂离子电池可以实现首效高、比容量大的特点。
[0005]本专利技术为实现上述目的，采用以下技术方案：一种复合电极极片制备方法，其特征是：将锂离子正极的单晶颗粒材料浆料和二次球颗粒材料浆料分层涂布在集流体上制备正极极片，双层涂布极片碾压后制成复合电极极片，具体步骤如下：
[0006]步骤一、配制单晶材料浆料：将单晶材料、导电剂和粘结剂均匀分散于溶剂中制成单晶材料浆料，其中各组分质量比为单晶材料：导电剂：粘结剂＝X:Y:(1
‑
X
‑
Y)，其中0.9≤X
≤0.98，0.005≤Y≤0.05；
[0007]步骤二、配制二次球颗粒材料浆料，将二次球颗粒材料、导电剂和粘结剂均匀分散于溶剂中制成二次球颗粒材料浆料，其中各组分质量比为二次球材料：导电剂：粘结剂＝A:B:(1
‑
A
‑
B)，其中0.9≤A≤0.98；0.01≤B≤0.05；
[0008]步骤三、将步骤一制备的单晶材料浆料均匀涂布在集流体上，烘干后形成单晶材料层；将步骤二制备的二次球颗粒材料浆料均匀涂覆到单晶材料层上形成二次球颗粒材料层，烘干后形成双层涂布极片，将双层涂布极片碾压后制成复合电极极片，其中烘干温度为80℃
‑
120℃，烘干时间为5
‑
15min。
[0009]进一步地，步骤1所述单晶材料为镍钴锰酸锂，分子式为LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2，其中0.5≤x≤0.96；0.02≤y≤0.25，所述镍钴锰酸锂的粒径为0.5
‑
10μm；比表面积为0.1
‑
1.5m2/g；振实密度≥2.1g/cm3。
[0010]进一步地，步骤2所述二次球颗粒材料为镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂，分子式为LiNi
a
Co
b
Mn1‑
a
‑
b
O2，其中0.5≤a≤0.96；0.02≤b≤0.25或LiNi
a
Co
b
Al1‑
a
‑
b
O2，其中0.8≤a≤0.96；0.02≤b≤0.15；所述二次球颗粒材料的粒径3
‑
30μm；比表面积为0.1
‑
2m2/g；振实密度≥2.1g/cm3。
[0011]进一步地，所述导电剂为石墨、炭黑、石墨烯、活性炭极和碳纳米管中的一种或多种的组合。
[0012]进一步地，所述粘结剂为聚偏二氟乙烯、羧甲基纤维素和丁苯橡胶中的一种或多种的组合。
[0013]进一步地，所述复合电极极片的单晶材料层在单位面积集流体上的涂覆质量为m1(g/m2)，二次球颗粒材料层在单位面积集流体铝箔上的涂覆质量为m2(g/m2)，其涂布质量比N＝m1/m2，其中0.05≤N<1；所述单晶材料层的涂布面密度可为50
‑
400g/m2；所述单晶材料层的厚度为5
‑
300μm；所述二次球颗粒材料层的涂布面密度为50
‑
400g/m2；所述二次球颗粒材料层的厚度为5
‑
300μm。
[0014]进一步地，所述集流体采用铝箔材料。
[0015]一种复合电极极片包括自下而上依次涂覆的铝箔集流体、单晶材料层和二次球颗粒材料层，构成双层涂布极片结构的复合电极极片。
[0016]一种包括复合电极极片的锂离子电池。
[0017]有益效果：与现有技术相比，本专利技术将单晶材料和二次球材料分双层涂布于集流体表面，制成双层浆料的极片再将双层涂布极片碾压得到最终所需复合电极极片。单晶材料颗粒小、比表面积较大，作为内层涂布在集流体上可显著增加材料与集流体之间的接触位点，从而增强导电性，且单晶材料在充放电过程中不易开裂，保证了接触位点的稳定性；二次球材料孔隙率高，涂布在单晶层上方靠近电解液有利于电解液浸润，提升离子的传输能力进而提高材料容量发挥。经过实验验证，通过本专利技术得到的复合电极所制备的锂离子电池具有首效高、比容量大等特点。
附图说明
[0018]图1是本专利技术实施例的复合电极极片的结构示意图；
[0019]图2是本专利技术实施例的正极极片的制备方法的流程图；
[0020]图3是传统正极极片的结构示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合电极极片制备方法，其特征是：将锂离子正极的单晶颗粒材料浆料和二次球颗粒材料浆料分层涂布在集流体上制备正极极片，双层涂布极片碾压后制成复合电极极片，具体步骤如下：步骤一、配制单晶材料浆料：将单晶材料、导电剂和粘结剂均匀分散于溶剂中制成单晶材料浆料，其中各组分质量比为单晶材料：导电剂：粘结剂＝X:Y:(1
‑
X
‑
Y)，其中0.9≤X≤0.98，0.005≤Y≤0.05；步骤二、配制二次球颗粒材料浆料，将二次球颗粒材料、导电剂和粘结剂均匀分散于溶剂中制成二次球颗粒材料浆料，其中各组分质量比为二次球材料：导电剂：粘结剂＝A:B:(1
‑
A
‑
B)，其中0.9≤A≤0.98；0.01≤B≤0.05；步骤三、将步骤一制备的单晶材料浆料均匀涂布在集流体上，烘干后形成单晶材料层；将步骤二制备的二次球颗粒材料浆料均匀涂覆到单晶材料层上形成二次球颗粒材料层，烘干后形成双层涂布极片，将双层涂布极片碾压后制成复合电极极片，其中烘干温度为80℃
‑
120℃，烘干时间为5
‑
15min。2.根据权利要求1所述的复合电极极片制备方法，其特征是：步骤1所述单晶材料为镍钴锰酸锂，分子式为LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2，其中0.5≤x≤0.96；0.02≤y≤0.25，所述镍钴锰酸锂的粒径为0.5
‑
10μm；比表面积为0.1
‑
1.5m2/g；振实密度≥2.1g/cm3。3.根据权利要求1所述的复合电极极片制备方法，其特征是：步骤2所述二次球颗粒材料为镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂，分子式为LiNi
a
Co
b
Mn1‑

【专利技术属性】
技术研发人员：马洪运，易阳，黄铃，葛桂芳，许刚，
申请(专利权)人：天津力神电池股份有限公司，
类型：发明
国别省市：