锰酸锂电池正极片及其制备方法与流程

1.本发明涉及锂电池相关技术领域。更具体地说，本发明涉及一种锰酸锂电池正极片及其制备方法。


背景技术：

2.锰酸锂正极材料相比于钴酸锂、磷酸铁锂，具有高电压、价格便宜、环境友好、安全性高等优点。但是，锰酸锂正极材料存在锰元素易溶于电解液，导致循环性能变差的问题。因此，亟需设计一种能够一定程度克服上述缺陷的技术方案。


技术实现要素：

3.本发明的一个目的是提供一种锰酸锂电池正极片及其制备方法，能够减弱锰的溶解，具有较好的高温循环性能。
4.为了实现本发明的这些目的和其它优点，根据本发明的一个方面，本发明提供了锰酸锂电池正极片，包括：多孔铝箔；正极浆料，其涂覆在所述多孔铝箔表面，所述正极浆料由正极活性物质、粘结剂、导电剂和溶剂制成；其中，所述正极活性物质的制备方法包括：步骤一、取硝酸锰，溶于水，加入氨水，反应后取沉淀，研磨，得第一粉末；步骤二、取氢氧化锂，研磨，得第二粉末；步骤三、取第一粉末和第二粉末，分散于聚乙二醇水溶液中，得分散液；步骤四、将分散液加热，将石蜡融化，加入分散液中，超声，得混合液；步骤五、将混合液烘干，放入反应炉中，煅烧，得所述正极活性物质。
5.进一步地，所述粘结剂为聚四氟乙烯，所述导电剂包括炭黑和碳纳米管，所述溶剂为n
‑
甲基吡咯烷酮。
6.进一步地，所述硝酸锰和所述氧化铝的摩尔比为1:0.02～0.07。
7.进一步地，所述硝酸锰与所述氢氧化锂的摩尔比为1:0.8～0.9。
8.进一步地，所述聚乙二醇水溶液中聚乙二醇与水的质量比为1:2～3。
9.进一步地，将分散液加热至60～70℃，将石蜡加热融化，加入分散液中，利用20khz的超声波辐照3～5小时，得混合液。
10.进一步地，在60～70℃下将混合液烘干，取烘干产物，放入反应炉中，加热至150～170℃，并保持2～3小时，然后加热至800～900℃煅烧8～10小时，得所述正极活性物质。
11.根据本发明的另一个方面，提供了锰酸锂电池正极片的制备方法，包括：制备正极活性物质；利用正极活性物质、粘结剂、导电剂和溶剂制备正极浆料；将正极浆料涂布在多孔铝箔表面，烘干，压实，得锰酸锂电池正极片。
12.本发明至少包括以下有益效果：
13.本发明正极片的正极活性物质包含有金属铝，能够部分替代锰酸锂晶体中的锰，改善正极片的循环性能。本发明将第一粉末、第二粉末和石蜡均分散在聚乙二醇水溶液中，干燥后一起煅烧，石蜡在升温过程中能够在第一粉末和第二粉末周围产生较均匀的高温，促进了晶体的形成，得到的材料结构规整，纯度高，进一步提升了正极片的循环性能。
14.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
15.下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
16.应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
17.本技术的实施例提供了锰酸锂电池正极片，包括：多孔铝箔；正极浆料，其涂覆在所述多孔铝箔表面，所述正极浆料由正极活性物质、粘结剂、导电剂和溶剂制成；其中，所述正极活性物质的制备方法包括：步骤一、取硝酸锰，溶于水，加入氨水，反应后取沉淀，研磨，得第一粉末；步骤二、取氢氧化锂和氧化铝，研磨，得第二粉末；步骤三、取第一粉末和第二粉末，分散于聚乙二醇水溶液中，得分散液；步骤四、将分散液加热，将石蜡融化，加入分散液中，超声，得混合液；步骤五、将混合液烘干，放入反应炉中，煅烧，得所述正极活性物质。
18.在上述实施例中，集流体采用多孔铜箔，可直接使用现有技术，正极浆料的制备方法与现有技术一致，只是其中的正极活性物质按照本实施例的制备方法。在正极活性物质的制备过程中，氨水应过量，使得硝酸锰沉淀，将沉淀研磨，得到第一粉末。将第一粉末和第二粉末一起分散至聚乙二醇水溶液中，加热溶液并保温，加入融化石蜡，使石蜡分散在聚乙二醇水溶液中，施加超声波，促进第一粉末、第二粉末和石蜡分散，制得混合液。将混合液在较低温度下烘干，得到凝胶状烘干产物。将烘干产物煅烧，即得到正极活性物质。本实施例的正极活性物质包含有金属铝，能够替代锰酸锂晶体中的锰，改善正极片的循环性能，第一粉末、第二粉末和石蜡均分散在聚乙二醇水溶液中，干燥后一起煅烧，石蜡在升温过程中能够在第一粉末和第二粉末周围产生较均匀的高温，促进了晶体的形成，得到的材料结构规整，纯度高，进一步提升了正极片的循环性能。
19.在另一些实施例中，提供了粘结剂、导电剂和溶剂的具体类型，粘结剂为聚四氟乙烯，导电剂包括炭黑和碳纳米管，溶剂为n
‑
甲基吡咯烷酮。
20.在另一些实施例中，提供了硝酸锰和硝酸铝的摩尔比，硝酸锰和硝酸铝的摩尔比为1:0.02～0.07，优选为1:0.05。
21.在另一些实施例中，硝酸锰与氢氧化锂的摩尔比为1:0.8～0.9，优选为1:0.85。
22.在另一些实施例中，聚乙二醇水溶液中聚乙二醇与水的质量比为1:2～3，优选为1:2.5。
23.在另一些实施例中，将分散液加热至60～70℃，将石蜡加热融化，加入分散液中，利用20khz的超声波辐照3～5小时，得混合液。
24.在另一些实施例中，提供了煅烧的具体步骤，在60～70℃下将混合液烘干，取烘干产物，放入反应炉中，加热至150～170℃，并保持2～3小时，使得烘干产物进一步脱水，并使得石蜡裂解生成炭黑，然后加热至800～900℃煅烧8～10小时，得正极活性物质，炭黑在煅烧过程中在第一粉末和和第二粉末周围产生较均匀的高温，促进了晶体的形成，使得到的正极材料结构规整，纯度高。
25.本技术的实施例还提供了锰酸锂电池正极片的制备方法，包括：s1、制备正极活性
物质，即以前述实施例中的方法制备；s2、将正极活性物质、粘结剂、导电剂和溶剂混合，搅拌，制备正极浆料；s3、利用涂布机将正极浆料涂布在多孔铝箔表面，利用烘箱烘干，压实至特定密度，得锰酸锂电池正极片。
26.以下以实施例具体说明。
27.实施例1：
28.锰酸锂电池正极片的制备方法，包括：制备正极活性物质；利用正极活性物质、粘结剂、导电剂和溶剂制备正极浆料；将正极浆料涂布在多孔铝箔表面，烘干，压实，得锰酸锂电池正极片；所述正极活性物质的制备方法包括：步骤一、取硝酸锰，溶于水，加入氨水，反应后取沉淀，研磨，得第一粉末；步骤二、取氢氧化锂和氧化铝，研磨，得第二粉末；步骤三、取第一粉末和第二粉末，分散于聚乙二醇水溶液中，得分散液；步骤四、将分散液加热至65℃，将石蜡加热融化，加入分散液中，利用20khz的超声波辐照4小时，得混合液；步骤五、在65℃下将混合液烘干，取烘干产物，放入反应炉中，加热至150～170℃，并保持2小时，然后加热至800～900℃煅烧9小时，得所述正极活性物质。所述粘结剂为聚四氟乙烯，所述导电剂包括炭黑和碳纳米管，所述溶剂为n
‑
甲基吡咯烷酮。所述硝酸锰和所述氧化铝的摩尔比为1:0.15。所述硝酸锰与所述氢氧化锂的摩尔比为1:0.85。所述聚乙二醇水溶液中聚乙二醇与水的质量比为1:2.5。
29.对比例1：
30.不进行步骤四，直接将分散液烘干，煅烧，其余参数与实施例1中的完全相同，工艺过程也完全相同。
31.对比例2：
32.直接将混合液烘干，煅烧，其余参数与实施例1中的完全相同，工艺过程也完全相同。
33.试验：
34.使用实施例1、对比例1和对比例2的方法分别制得正极片。使用石墨、碳纳米管、粘结剂、导电剂和溶剂，制得负极浆料，将负极浆料涂布于集流体铜箔上，干燥，压实，制得负极片。将正极片、负极片、以及隔膜采用卷绕的方式卷绕成电芯，将电芯放入环形壳体内，在真空条件下烘烤30小时，装配、注电解液、化成、分容，形成电池，标称容量为1500mah。在常温和45℃下对锂电池进行循环性能测试，测试结果见表1。
35.表1实施例1、对比例1和对比例2的锂电池性能
36.项目循环次数常温容量保持率45℃容量保持率实施例1500次95.2％88.6％对比例1500次85.5％70.2％对比例2500次89.7％82.3％
37.由表1可知，实施例1相比于对比例1和对比例2，在常温和45℃下，循环性能均有所提升。
38.这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明锰酸锂电池正极片的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
39.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地
实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。