小粒徑鈷酸鋰正極材料鋰離子二次電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種低溫性能好、長(zhǎng)壽命的鋰離子二次電池。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)境污染和能源危機(jī)是目前人類面臨的兩大課題，因此尋找一種清潔、能量密度高、且可以循環(huán)利用的能源，為汽車、電動(dòng)工具、衛(wèi)星、飛船等設(shè)備提供動(dòng)力源泉是人們急需解決的問題。與其他能源相比，鋰離子電池具有能量密度高、循環(huán)性能好、無記憶效應(yīng)、自放電率低和環(huán)境相容性好等優(yōu)點(diǎn)，在航空、航天、電動(dòng)汽車及電動(dòng)工具等領(lǐng)域顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿Α５S著對(duì)鋰離子電池的壽命、低溫性能的要求越來越高，目前商品化的鋰離子電池很難實(shí)現(xiàn)大倍率的持續(xù)放電。為了充分利用并發(fā)揮鋰離子電池的優(yōu)勢(shì)，克服其存在的缺點(diǎn)，世界各國(guó)政府、汽車制造商和相關(guān)科技人員對(duì)動(dòng)力用鋰離子蓄電池功率性能非常重視，投入大量人力、物力、財(cái)力積極進(jìn)行研發(fā)。電池的性能與正極材料的特性密切相關(guān)，優(yōu)良正極材料的使用能顯著改善鋰離子電池的壽命、低溫性能，而且對(duì)簡(jiǎn)化電池制造工藝，降低電池生產(chǎn)成本具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提供一種小粒徑鈷酸鋰正極材料鋰離子二次電池，解決現(xiàn)有電池循環(huán)壽命低、低溫性能差的難題。
[0004]本發(fā)明的原理為:利用小粒徑鈷酸鋰材料，并添加一定含量的導(dǎo)電劑，以降低鋰離子二次電池在低溫條件下放電時(shí)的內(nèi)阻，減少極化現(xiàn)象，提高電池的放電能力。因此，本發(fā)明能夠提供一種低溫性能好、循環(huán)壽命長(zhǎng)的鋰離子二次電池，具有很大的工業(yè)和商業(yè)價(jià)值。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種小粒徑鈷酸鋰正極材料鋰離子二次電池，包括相互卷繞或疊加的正極片和負(fù)極片以及電解液，隔離膜間隔于相鄰的正極片和負(fù)極片之間，正極片的正極材料中包含鈷酸鋰，且鈷酸鋰粒徑D50小于等于6微米(D50即中位粒徑)。
[0006]所述鈷酸鋰為層狀。
[0007]所述鈷酸鋰采用溶膠-凝膠法制備。
[0008]所述負(fù)極片的負(fù)極材料包含石墨，電解質(zhì)為六氟磷酸鋰，溶劑由碳酸二甲酯、乙烯碳酸酯和碳酸甲乙酯三種成分組成，隔離膜為復(fù)合隔膜。
[0009]正極片的正極材料中還包括導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，且按重量百分比計(jì)算，鈷酸鋰:87%?93%，導(dǎo)電劑:4%?6%，粘結(jié)劑:3%?6%。
[0010]負(fù)極片的負(fù)極材料中還包括導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，且按重量百分比計(jì)算，石墨:87%?96%，導(dǎo)電劑:2%?7%，粘結(jié)劑:2%?6%。
[0011]導(dǎo)電劑為碳納米管、科琴黑、石墨烯的組合物，作為一種優(yōu)選，三者的比例(重量比)為1:2:3。導(dǎo)電劑為層狀、纖維狀或顆粒狀結(jié)構(gòu)。
[0012]粘結(jié)劑為PVDF樹脂或聚偏氟乙烯。
[0013]本發(fā)明中，鋰離子電池正極材料的配方里添加了適量的導(dǎo)電劑，可以緩解低溫條件下前期放電電壓低的現(xiàn)象，從而改善鋰離子電池在低溫條件下的放電性能。而對(duì)應(yīng)的制備方法，可以使各種物質(zhì)分散比較均勻，有利于獲得面密度比較均勻的正極極片，對(duì)提升電芯一致性有很大幫助。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明電池的電芯圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例1、3小粒徑鈷酸鋰鋰離子電池的常溫放電曲線圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例1、3小粒徑鈷酸鋰鋰離子電池的循環(huán)曲線圖；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例1、3小粒徑鈷酸鋰鋰離子電池的低溫放電曲線圖；
圖5為本發(fā)明的制備流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)說明:
本發(fā)明是小粒徑鈷酸鋰正極材料鋰離子二次電池，其制備過程如圖5所示，該電池采用卷繞工藝組裝而成，正極包括小粒徑鈷酸鋰、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑，負(fù)極包括石墨、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑，電解質(zhì)是六氟磷酸鋰(LiPF6),隔膜可以是復(fù)合隔膜。參見本發(fā)明小粒徑鈷酸鋰電芯的剖面圖(圖1)所示，其中I是隔膜，2是負(fù)極極耳，3是正極極耳，4是終止膠帶。
[0016]實(shí)施例1:
將小粒徑(D50 < 6微米)鈷酸鋰與導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑按一定比例和漿后，均勻的涂覆在鋁集流體上，經(jīng)烘烤、滾壓等工序制成正極片。正極小粒徑鈷酸鋰的含量為91.5%。導(dǎo)電劑的種類為碳納米管、科琴黑、石墨烯的組合物，作為一種優(yōu)選，三者的比例(重量比)為1:2:3，導(dǎo)電劑的總含量為5%。粘結(jié)劑的種類為聚偏四氟乙烯，含量為3.5%。
[0017]將石墨與導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑攪拌按一定比例和漿后，均勻的涂覆在銅集流體上，經(jīng)烘烤、滾壓等工序制成負(fù)極片。負(fù)極石墨的含量93%。導(dǎo)電劑的種類為碳納米管、科琴黑、石墨烯的組合物，作為一種優(yōu)選，三者的比例(重量比)為1:2:3，導(dǎo)電劑的總含量為3.0%。粘結(jié)劑的種類為丁苯橡膠、羧甲基纖維素鈉，含量為4.0%。
[0018]采用卷繞工藝將正極、負(fù)極和隔膜卷繞成方形電芯。負(fù)極片的高度相對(duì)正極片高Imm?2mm，隔膜的高度相對(duì)負(fù)極片高2mm?3mm，方形電芯極耳位于左右兩旁。
[0019]電解液是六氟磷酸鋰作為電解質(zhì)，以碳酸二甲酯、乙烯碳酸酯、碳酸甲乙酯為溶劑。電解液的注液量約為4.5g/Ah。
[0020]將電池45°C擱置24小時(shí)后化成，化成后電池以倍率IC進(jìn)行放電，放電截止電壓為3.0V。圖2為該電池的放電曲線圖。圖3為電池的循環(huán)曲線圖。
[0021]實(shí)施例2:
將小粒徑(D50 < 6微米)鈷酸鋰與導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑按一定比例和漿后，均勻的涂覆在鋁集流體上，經(jīng)烘烤、滾壓等工序制成正極片。正極小粒徑鈷酸鋰的含量為91.5%。導(dǎo)電劑的種類為碳納米管、科琴黑、石墨烯的組合物，作為一種優(yōu)選，三者的比例(重量比)為1:2:3，導(dǎo)電劑的總含量為5%。粘結(jié)劑的種類為聚偏四氟乙烯，含量為3.5%。
[0022]將石墨與導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑按一定比例和漿后，均勻的涂覆在銅集流體上，經(jīng)烘烤、滾壓等工序制成負(fù)極片。負(fù)極石墨的含量93%。導(dǎo)電劑的種類為碳納米管、科琴黑、石墨烯的組合物，作為一種優(yōu)選，三者的比例(重量比)為1:2:3，導(dǎo)電劑的總含量為3.0%O粘結(jié)劑的種類為丁苯橡膠、羧甲基纖維素鈉，含量為4.0%。
[0023]采用卷繞工藝將正極、負(fù)極和隔膜卷繞成方形電芯。負(fù)極片的高度相對(duì)正極片高Imm?2mm，隔膜的高度相對(duì)負(fù)極片高2mm?3mm，方形電芯極耳位于左右兩旁。
[0024]電解液是六氟磷酸鋰作為電解質(zhì)，以碳酸二甲酯、乙烯碳酸酯、碳酸甲乙酯為溶劑。電解液的注液量約為4.5g/Ah。
[0025]將電池45°C擱置24小時(shí)后化成，化成后的電池以0.5C、IC的倍率在常溫、低溫-20°C、低溫-40°C的條件下進(jìn)行放電。圖4為該電池的放電曲線圖。
[0026]實(shí)施例3
將小粒徑(D50 < 6微米)鈷酸鋰與導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑按一定比例和漿后，均勻的涂覆在鋁集流體上，經(jīng)烘烤、滾壓等工序制成正極片。正極小粒徑鈷酸鋰的含量為91.5%。導(dǎo)電劑的種類為碳納米管、科琴黑、石墨烯的組合物，作為一種優(yōu)選，三者的比例(重量比)為1:2:3，導(dǎo)電劑的總含量為5%。粘結(jié)劑的種類為聚偏四氟乙烯，含量為3.5%。
[0027]將石墨與導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑按一定比例和漿后，均勻的涂覆在銅集流體上，經(jīng)烘烤、滾壓等工序制成負(fù)極片。負(fù)極石墨的含量93%。導(dǎo)電劑的種類為碳納米管、科琴黑、石墨烯的組合物，作為一種優(yōu)選，三者的比例(重量比)為1:2:3，導(dǎo)電劑的總含量為3.0%ο粘結(jié)劑的種類為丁苯橡膠、羧甲基纖維素鈉，含量為4.0%。
[0028]采用卷繞工藝將正極、負(fù)極和隔膜卷繞成方形電芯。負(fù)極片的高度相對(duì)正極片高Imm?2mm，隔膜的高度相對(duì)負(fù)極片高2mm?3mm，方形電芯極耳位于左右兩旁。
[0029]電解液是六氟磷酸鋰作為電解質(zhì)，以碳酸二甲酯、乙烯碳酸酯、碳酸甲乙酯為溶劑。電解液的注液量約為4.5g/Ah。
[0030]將電池45°C擱置24小時(shí)后化成，化成后的電池放置1.5年后進(jìn)行以倍率IC進(jìn)行放電，放電截止電壓為3.0V。圖2為該電池的放電曲線圖。圖3為電池的循環(huán)曲線圖。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種小粒徑鈷酸鋰正極材料鋰離子二次電池，包括相互卷繞或疊加的正極片和負(fù)極片以及電解液，隔離膜間隔于相鄰的正極片和負(fù)極片之間，其特征在于:正極片的正極材料中包含鈷酸鋰，且鈷酸鋰粒徑D50 < 6微米。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小粒徑鈷酸鋰正極材料鋰離子二次電池，其特征在于:鈷酸鋰為層狀。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小粒徑鈷酸鋰正極材料鋰離子二次電池，其特征在于:鈷酸鋰采用溶膠-凝膠法制備。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小粒徑鈷酸鋰正極材料鋰離子二次電池，其特征在于:負(fù)極片的負(fù)極材料包含石墨，電解質(zhì)為六氟磷酸鋰，溶劑由碳酸二甲酯、乙烯碳酸酯、碳酸甲乙酯三種成分組成，隔離膜為復(fù)合隔膜。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小粒徑鈷酸鋰正極材料鋰離子二次電池，其特征在于:正極材料中還包括導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，且按重量百分比計(jì)算，鈷酸鋰:87%?93 %，導(dǎo)電劑:4%?6%，粘結(jié)劑:3%?6%。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種小粒徑鈷酸鋰正極材料鋰離子二次電池，其特征在于:負(fù)極材料中還包括導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，且按重量百分比計(jì)算，石墨:87%?96%，導(dǎo)電劑:2%?7%，粘結(jié)劑:2%?6%。7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種鋰小粒徑鈷酸鋰正極材料鋰離子二次電池，其特征在于:導(dǎo)電劑為碳納米管、科琴黑和石墨烯的組合物，且導(dǎo)電劑為層狀、纖維狀或顆粒狀。8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種小粒徑鈷酸鋰正極材料鋰離子二次電池，其特征在于:粘結(jié)劑為PVDF樹脂或聚偏氟乙烯。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種小粒徑鈷酸鋰正極材料鋰離子二次電池。該電池采用層狀小粒徑鈷酸鋰做成正極漿料，按照一定比例制成漿料后直接涂覆在鋁箔上加熱烘干制成正極片；以石墨為負(fù)極漿料，直接涂覆在銅箔上加熱烘干制成負(fù)極片；隔膜為復(fù)合膜，將正極片、隔膜、負(fù)極片層疊并卷繞制成方形單體電池，用激光焊將電池封裝好，再注入電解液，用不高于3A的電流充電，并在3.0V~4.2V之間進(jìn)行。該體系的電池具有低溫性能好、自放電率低、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性好、綠色環(huán)保等一系列優(yōu)點(diǎn)，適用于對(duì)壽命、低溫要求較高，維護(hù)周期要求較長(zhǎng)的場(chǎng)合。
【IPC分類】H01M10/0525, H01M4/525, H01M4/62
【公開號(hào)】CN105655578
【申請(qǐng)?zhí)枴?br>【發(fā)明人】單香麗, 魏俊華, 石斌, 陳艷秋, 余新喜, 錢順友, 王慶杰, 萬偉華, 趙洪楷, 張?jiān)婆?
【申請(qǐng)人】貴州梅嶺電源有限公司
【公開日】2016年6月8日
【申請(qǐng)日】2015年12月17日