一种提升锂离子电池正极性能的简易方法与流程

1.本发明属于锂离子电池正极技术领域，具体是采用简易措施以提高锂离子正极片电化学性能的方法。


背景技术：

2.锂离子电池已经广泛应用于数码、电子信息、交通、储能等多个领域，其正极材料是限制锂离子电池性能的最重要因素。正极材料在充放电过程并不稳定，常常伴随着材料表面与电解液之间的副反应、材料的晶体结构退化、电极结构的碎裂和活性涂层脱落等现象。传统的改进措施有活性材料体相掺杂、表面包覆，改进电解液组分，优化电池制造工艺和化成工艺等。在成品电极活性材料基础上，利用电极片制造过程采用简单有效的措施，改进材料的表面化学稳定性和电化学性能显然是一项有意义的工作。


技术实现要素：

3.本发明提供一种不改变现有锂离子电池的制备工艺路线、配方灵活可调、能够有效“包覆”活性物质从而提升电池正极电化学性能的方法：
4.(1)在浆料制备过程中加入固态电解质，引入方式可以是正极活性物质与固态电解质预先混合，也可以在浆料制备过程中陆续加入固态电解质；
5.(2)按照传统工艺路线，加入碳材料类导电剂、粘结剂和溶剂(nmp)进行均匀分散；
6.(3)将制备好的浆料经涂布、烘干等工序制备成正极电极片。
7.所述步骤(1)中的固态电解质添加量，其优化量是10％。
8.所述步骤(1)中正极活性物质是富锂锰基正极材料，其分子式为xli2mno3·
(1-x)litmo2(tm＝ni、co、mn)中的至少一种，其0.1≤x≤0.9，该材料同时具有r3m空间群和c2/m空间群。
9.所述步骤(1)中固态电解质是锂置换型的nasicon磷酸盐，其分子式是li
1 x y
al
x
ti
2-x
siyp
3-yo12
，其中0《x《2，0《y《3。
10.与现有技术相比，本发明的优点在于在调浆过程中加入正极活性材料改性剂，有效提高了正极片的电化学性能，方法具有技术要求低、操作简单、成本低廉等特点。
附图说明
11.图1为本发明实施例1中所用xli2mno3·
(1-x)litmo2粉末的x-射线衍射谱(xrd)。
12.图2为本发明实施例1中所用固态电解质的透射电子显微镜(tem)照片。
13.图3为本发明实施例1中xli2mno3·
(1-x)litmo2和固态电解质li
1 x y
al
x
ti
2-x
siyp
3-yo12
混合粉末与xli2mno3·
(1-x)litmo2纯粉末所制备正极片的首次充放电曲线。
14.图4为本发明实施例1中xli2mno3·
(1-x)litmo2和固态电解质li
1 x y
al
x
ti
2-x
siyp
3-yo12
混合粉末与xli2mno3·
(1-x)litmo2纯粉末所制备正极片在1c电流倍率下的充放电次数与放电比容量的关系。
15.图5为本发明实施例1中xli2mno3·
(1-x)litmo2和固态电解质li
1 x y
al
x
ti
2-x
siyp
3-yo12
混合粉末与xli2mno3·
(1-x)litmo2纯粉末所制备正极片在105～10-2
hz频率区间、5mv正弦交流信号扰动下的电化学阻抗谱(eis)。
具体实施方式
16.为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
17.除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
18.除有特别说明，本发明中用到的各种试剂、原料均为可以从市场上购买的商品或者可以通过公知的方法制得的产品。
19.实施例1：
20.将0.5li2mno3·
0.5lini
0.13
co
0.13
mn
0.54
o2粉末、固态电解质li
1 x y
al
x
ti
2-x
siyp
3-yo12
、乙炔黑、cnts浆料、聚偏氟乙烯(pvdf)换算成干粉质量比为82:10:2:1:5的比例混合研磨，再加入n-甲基吡咯烷酮(nmp)调浆。将调好的浆料涂于铝箔表面，继而烘干、裁切、装配，制成cr2032半电池。
21.从附图1中可以看出，富锂锰正极材料0.5li2mno3·
0.5lini
0.13
co
0.13
mn
0.54
o2粉末为α-nafeo2型层状结构，并伴生li2mno3超晶格结构，材料的结晶性良好；从附图2中可以看出，固态电解质li
1 x y
al
x
ti
2-x
siyp
3-yo12
的粒径在10～40nm之间，并且粒径分布比较集中；从附图3中可以看出，富锂锰与固态电解质混合后首次放电比容量约为260mah/g，较纯富锂锰粉末提高了约40mah/g；从附图4中可以看出，富锂锰与固态电解质混合电极片的循环容量明显高于纯富锂锰电极片；从附图5中可以看出，富锂锰与固态电解质混合电极片的电化学反应阻抗约为170ω，明显低于纯富锂锰电极片的约240ω。


技术特征：
1.一种提升锂离子电池正极电极片电化学性能的方法，包括如下的步骤：(1)将正极活性物质与固态电解质预先机械混合，或者在浆料制备的任何阶段加入固态电解质；(2)在步骤(1)基础上按照传统工艺制备浆料，并将浆料正常涂布于铝箔上，不需要增加多余工序。2.根据权利要求1所述的提升正极片电化学性能的方法，其特征在于所述步骤(1)中的固态电解质占整个正极干粉原料物质的5～50％。3.根据权利要求1所述的提升正极片电化学性能的方法，其特征在于所述步骤(1)中正极活性物质为富锂锰基正极材料或传统三元正极材料，其分子式分别为xli2mno3·
(1-x)litmo2(其中，0.1≤x≤0.9，tm＝ni、co、mn中的至少一种)和litmo2(其中tm＝ni、co、mn)，固态电解质可以是锂置换型的nasicon磷酸盐、石榴石型li
m
la
n
zr
z
o2、石榴石型li
m
la
n
zr
z
m
t
o2(m＝ti、pb、sn、
……
中的一种或几种，8<m n<12，1<z<3，1<z t<5)。4.根据权利要求1所述的提升正极片电化学性能的方法，其特征在于所述步骤(2)中的传统工艺是指以n-甲基吡咯烷酮(nmp)作为溶剂、聚偏氟乙烯(pvdf)作为粘结剂的湿法制备工艺。5.根据权利要求1所述的提升正极片电化学性能的方法，其特征在于所述步骤(2)中的不增加多余工序是指配料过程中根据设计要求加对应材料不属于多余工序。

技术总结
本发明公开了通过简单措施改进锂离子电池正极活性材料性能的方法，即将固态电解质与正极活性物质简单机械混合或者直接在浆料制备过程中加入固态电解质，从而提升正极片的综合电化学性能。本发明降低了正极材料与电解液的接触面积，能够有效抑制表面副反应，并且不影响锂离子的输运。本发明具有技术要求低，操作简单，成本低廉，效果显著等特点。效果显著等特点。效果显著等特点。


技术研发人员：倪文浩 杨建文 刘鑫鑫 黄斌 李欣泽 贾晓通
受保护的技术使用者：桂林理工大学
技术研发日：2021.10.09
技术公布日：2022/1/14