專利名稱：一種鋰離子電芯正極材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰離子電芯技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰離子電芯正極材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
鋰離子電芯由于其高比能量和高電壓的優(yōu)點，受到了人們的極大關(guān)注，已成為國際電芯界商品開發(fā)的熱點和重點。目前，鋰離子電芯已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于移動通訊、便攜式筆記本電腦、攝像機、便攜式儀器儀表等領(lǐng)域，隨著這些電器的高能化、輕量化，對鋰離子電芯的高容量需求也越來越迫切。鈷酸鋰具有以下優(yōu)點，結(jié)構(gòu)好，適合鋰離子嵌入，而且制備工藝成熟，開路電壓高，能快速充放電，電化學(xué)性能優(yōu)越比能量高、循環(huán)壽命長，加工性能優(yōu)異，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定、一致性好，成本低廉、無任何有毒有害物質(zhì)、不會對環(huán)境構(gòu)成任何污染等特點，是便攜式電器如筆記本電腦、移動電話、攝像機等廣泛使用的良好的鋰離子電芯正極材料。碳納米管又名巴基管，是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的一維量子材料，具有典型的層狀中空結(jié)構(gòu)特征，一般管的兩端有端帽封口。碳納米管具有良好的導(dǎo)電性能，由于碳納米管的結(jié)構(gòu)與石墨的片層結(jié)構(gòu)相同，所以具有良好的電學(xué)性能。碳納米管上原子排列的方向常用矢量(n，m)表示，碳納米管上碳原子的P電子形成大范圍的離域鍵，由于共軛效應(yīng)顯著，對于n=m方向，碳納米管表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性，電導(dǎo)率通?？蛇_銅的I萬倍。將碳納米管應(yīng)用在鋰離子電芯中，由于其導(dǎo)電性遠遠高于炭黑導(dǎo)電劑，所以它在配方中成分只要很少一部分即可。
目前的鋰離子電池正極材料大多采用鈷酸鋰與炭黑導(dǎo)電劑搭配，其中炭黑所占的比重較大。專利CN101083340A—種鋰離子動力電池，以重量份數(shù)計，其正極配比為鈷酸鋰720-800、錳酸鋰175-240、導(dǎo)電劑12-35、溶劑420-650，所述導(dǎo)電劑是導(dǎo)電石墨、導(dǎo)電炭黑中的任意一種或組合，其具有結(jié)構(gòu)合理，重量輕，安全性能好，容量高，內(nèi)阻小，可大電流放電，為設(shè)備提供更高的功率等特點。但是其中導(dǎo)電劑所占比重較高，相對于碳纖維管，導(dǎo)電石墨和導(dǎo)電炭黑的導(dǎo)電性較差，所以其在配比中所占比重較高，影響了鈷酸鋰在配比中的比重，進一步使電池電容量降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，在鋰離子電池正極材料中，通過將鈷酸鋰和碳納米管搭配使用，能提高正極材料的混粉克容量，進一步增加鋰離子電芯的比容量。通過該方法制作出一種大容量聚合物鋰離子電芯，能更好的應(yīng)用于便攜式電器如筆記本電腦、移動電話、攝像機等。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種鋰離子電芯正極材料，按重量百分比計,包括鈷酸鋰96. 5%-98. 6%、粘結(jié)劑O. 8%-2. 0%和碳纖維管O. 6%-1. 5%。較佳地，所述粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯，所述正極材料所采用的溶劑為N-甲基吡咯烷酮。所述鋰離子電芯正極材料的制備方法，包括以下步驟A、將配方量的粘結(jié)劑與粘結(jié)劑重量的10-20倍重量溶劑添加到攪拌缸中，以公轉(zhuǎn)30-40轉(zhuǎn)/秒；自轉(zhuǎn)25-30轉(zhuǎn)/秒的速度攪拌至粘結(jié)劑充分溶解到溶劑中后，加入所述配方量的碳納米管，以公轉(zhuǎn)30-40轉(zhuǎn)/秒；自轉(zhuǎn)25-30轉(zhuǎn)/秒的速度攪拌4-5小時，直至導(dǎo)電劑均勻分散溶液中；B、將配方量的鈷酸鋰加入到攪拌缸中，以公轉(zhuǎn)30-40轉(zhuǎn)/秒；自轉(zhuǎn)25-30轉(zhuǎn)/秒的速度攪拌3-5小時，至鈷酸鋰分散均勻制得懸浮液；C、向懸浮液中添加溶劑直至所述濃度后攪拌至O. 5-lh，即得到鋰離子電池正極漿料。 較佳地，所述粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯(簡稱PVDF)，所述溶劑為N-甲基吡咯烷酮，所述鋰離子電芯正極漿料的固含量為68-76%。較佳地，在所述步驟A之前還包括步驟將所述碳納米管經(jīng)過磨砂處理2-10小時。較佳地，所述步驟B中，將鈷酸鋰分3-5批加入到攪拌缸中，每隔I小時加一次。較佳地，在所述步驟C后，還包括步驟將所述正極漿料過150目篩2-3次。本發(fā)明的有益效果利用鈷酸鋰做電芯的正極材料，其具有循環(huán)壽命長、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全性能好、不會對環(huán)境構(gòu)成污染；使用碳纖維管為導(dǎo)電劑，減少了相同質(zhì)量下導(dǎo)電劑的添加量，進一步使正極材料中鈷酸鋰的添加量增多，提高了正極材料混粉的克容量，更進一步提高了鋰離子電芯的電容量。


圖1為本發(fā)明930mAh倍率測試圖；圖2為本發(fā)明IOOOmAh倍率測試圖；圖3為本發(fā)明930mAh循環(huán)測試圖；圖4為本發(fā)明IOOOmAh循環(huán)測試圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步的詳細說明。實施例1一種鋰離子電芯正極材料，包括重量百分比計算的鈷酸鋰96. 5%、碳纖維管1. 5%和 PVDF2. 0%。所述鋰離子電芯正極材料制備步驟如下A、將配方量的粘結(jié)劑與粘結(jié)劑重量的10倍重量N-甲基吡咯烷酮(NMP)添加到攪拌缸中，以公轉(zhuǎn)30轉(zhuǎn)/秒；自轉(zhuǎn)25轉(zhuǎn)/秒的速度攪拌至粘結(jié)劑充分溶解到溶劑中后，加入配方量的碳納米管，以公轉(zhuǎn)30轉(zhuǎn)/秒；自轉(zhuǎn)25轉(zhuǎn)/秒的速度攪拌5小時，直至導(dǎo)電劑均勻分散溶液中；B、將配方量的鈷酸鋰加入到攪拌缸中，以公轉(zhuǎn)30轉(zhuǎn)/秒；自轉(zhuǎn)25轉(zhuǎn)/秒的速度攪拌3小時，至鈷酸鋰分散均勻制得懸浮液；C、向懸浮液中添加溶劑直至所述濃度后攪拌至O. 5h，即得到鋰離子電池正極漿料。其中所得鋰離子電芯正極材料的固含量為68%。鋰離子正極極片的涂布根據(jù)電芯極片面密度的要求，將正極材料漿料均勻涂覆于正極集流體，涂布方式采用輥壓間隙式涂布，根據(jù)極片設(shè)計要求預(yù)留極耳位，正極漿料涂布使用厚度為16-30 μ m的鋁箔，正極涂布面密度為10g/m2，正極涂布烘烤溫度為90-1200C ;涂布時要通過試涂布確定涂布面密度，涂布時注意不能有劃痕、漏箔材現(xiàn)象，同時要控制橫向和縱向的涂布均一性。正極片的烘烤極片在正空狀態(tài)下進行烘烤，烘烤溫度110-130°C，烘烤12小時，在烘烤過程中每隔4小時連續(xù)抽放氬氣3次，一方面除去烤箱中從極片內(nèi)烘烤出的溶劑和水分，另一方面可以保持烤箱內(nèi)干燥，使極片烘烤更為充分。烘烤結(jié)束后再連續(xù)進行抽放氬氣3次，然后在真空狀態(tài)下冷卻極片到40以下，取出極片進行后續(xù)加工。 實施例2一種鋰離子電芯正極材料，包括重量百分比計算的N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶劑配置正極漿料，采用的材料按重量百分比配比為鈷酸鋰98. 6%、碳纖維管O. 6%和PVDF0. 8%。所述鋰離子電芯正極材料制備步驟如下先將碳納米管經(jīng)過磨砂處理4小時；A、將配方量的粘結(jié)劑與粘結(jié)劑重量的20倍重量N-甲基吡咯烷酮(NMP)添加到攪拌缸中，以公轉(zhuǎn)40轉(zhuǎn)/秒；自轉(zhuǎn)30轉(zhuǎn)/秒的速度攪拌至粘結(jié)劑充分溶解到溶劑中后，加入配方量的碳納米管，以公轉(zhuǎn)40轉(zhuǎn)/秒；自轉(zhuǎn)26轉(zhuǎn)/秒的速度攪拌5小時，直至導(dǎo)電劑均勻分散溶液中；B、將配方量的鈷酸鋰加入到攪拌缸中，以公轉(zhuǎn)40轉(zhuǎn)/秒；自轉(zhuǎn)30轉(zhuǎn)/秒的速度攪拌3小時，至鈷酸鋰分散均勻制得懸浮液；C、向懸浮液中添加溶劑直至所述濃度后攪拌至O. 5h，即得到鋰離子電池正極漿料。其中所得鋰離子電芯正極材料的固含量為76%。鋰離子電芯正極片的涂布方法與實施例1相同。實施例3一種鋰離子電芯正極材料，包括重量百分比計算的N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶劑配置正極漿料，采用的材料按重量百分比配比為鈷酸鋰97. 5%、碳纖維管1. 5%和PVDF1. 0%。所述鋰離子電芯正極材料制備步驟如下先將碳納米管經(jīng)過磨砂處理2小時；A、將配方量的粘結(jié)劑與粘結(jié)劑重量的12倍重量N-甲基吡咯烷酮(NMP)添加到攪拌缸中，以公轉(zhuǎn)35轉(zhuǎn)/秒；自轉(zhuǎn)28轉(zhuǎn)/秒的速度攪拌至粘結(jié)劑充分溶解到溶劑中后，加入配方量的碳納米管，以公轉(zhuǎn)34轉(zhuǎn)/秒；自轉(zhuǎn)27轉(zhuǎn)/秒的速度攪拌5小時，直至導(dǎo)電劑均勻分散溶液中；B、將配方量的鈷酸鋰加入到攪拌缸中，以公轉(zhuǎn)35轉(zhuǎn)/秒；自轉(zhuǎn)27轉(zhuǎn)/秒的速度攪拌3小時，至鈷酸鋰分散均勻制得懸浮液；C、向懸浮液中添加溶劑直至所述濃度后攪拌至O. 5h，即得到鋰離子電池正極漿料。
其中所得鋰離子電芯正極材料的固含量為70%。鋰離子電芯正極片的涂布方法與實施例1相同。實施例4一種鋰離子電芯正極材料，包括重量百分比計算的N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶劑配置正極漿料，采用的材料按重量百分比配比為鈷酸鋰97. 6%、碳纖維管1. 2%和PVDF1. 2%。所述鋰離子電芯正極材料制備步驟如下先將碳納米管經(jīng)過磨砂處理10小時；A、將配方量的粘結(jié)劑與粘結(jié)劑重量的14倍重量N-甲基吡咯烷酮(NMP)添加到攪拌缸中，以公轉(zhuǎn)32轉(zhuǎn)/秒；自轉(zhuǎn)26轉(zhuǎn)/秒的速度攪拌至粘結(jié)劑充分溶解到溶劑中后，加入配方量的碳納米管，以公轉(zhuǎn)38轉(zhuǎn)/秒；自轉(zhuǎn)28轉(zhuǎn)/秒的速度攪拌5小時，直至導(dǎo)電劑均勻分散溶液中；B、將配方量的鈷酸鋰加入到攪拌缸中，以公轉(zhuǎn)36轉(zhuǎn)/秒；自轉(zhuǎn)29轉(zhuǎn)/秒的速度攪拌3小時，至鈷酸鋰分散均勻制得懸浮液；C、向懸浮液中添加溶劑直至所述濃度后攪拌至O. 5h，即得到鋰離子電池正極漿料。其中所得鋰離子電芯正極材料的固含量為45%。鋰離子電芯正極片的涂布方法與實施例1相同。實施例5一種鋰離子電芯正極材料，包括重量百分比計算的N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶劑配置正極漿料，采用的材料按重量百分比配比為鈷酸鋰97. 2%、碳纖維管1. 4%和PVDF1. 4%。所述鋰離子電芯正極材料制備步驟如下先將碳納米管經(jīng)過磨砂處理5小時；A、將配方量的粘結(jié)劑與粘結(jié)劑重量的18倍重量N-甲基吡咯烷酮(NMP)添加到攪拌缸中，以公轉(zhuǎn)36轉(zhuǎn)/秒；自轉(zhuǎn)27轉(zhuǎn)/秒的速度攪拌至粘結(jié)劑充分溶解到溶劑中后，加入配方量的碳納米管，以公轉(zhuǎn)35轉(zhuǎn)/秒；自轉(zhuǎn)30轉(zhuǎn)/秒的速度攪拌5小時，直至導(dǎo)電劑均勻分散溶液中；B、將配方量的鈷酸鋰加入到攪拌缸中，以公轉(zhuǎn)38轉(zhuǎn)/秒；自轉(zhuǎn)26轉(zhuǎn)/秒的速度攪拌3小時，至鈷酸鋰分散均勻制得懸浮液；C、向懸浮液中添加溶劑直至所述濃度后攪拌至O. 5h，即得到鋰離子電池正極漿料。其中所得鋰離子電芯正極材料的固含量為42%。鋰離子電芯正極片的涂布方法與實施例1相同。上述實施例，只是本發(fā)明的較佳實施例，并非用來限制本發(fā)明實施范圍，故凡以本發(fā)明權(quán)利要求所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效變化或修飾，均應(yīng)包括在本發(fā)明權(quán)利要求范圍之內(nèi)。對比例一種鋰離子電芯正極材料的制備方法N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶劑配置正極漿料，采用的材料按重量百分比配比為鈷酸鋰86-90%、粘結(jié)劑2. 5-3. 5%、導(dǎo)電碳黑(S-P)1.5-5%和導(dǎo)電石墨O. 5-10%
采用對比例中制作的鋰離子電芯的混合物每克電容量為134. 2-135. 9mAh/g，而采用本發(fā)明實施例1-5的配方設(shè)計的鋰離子電芯正極的正極材料的混合物每克電容量為137. 0-140. OmAh/g，本發(fā)明電芯配方設(shè)計的平均正極材料混合物的每克電容量相比于對比例高 2. 1-5. 8mAh/g。選523450AR型號設(shè)定同樣的電芯體積，采用目前現(xiàn)有配方設(shè)計只能做930mAh容量，采用本發(fā)明新配方CNTs設(shè)計，可以做IOOOmAh容量，其倍率循環(huán)數(shù)據(jù)與曲線如下523450AR型號930mAh容量，采用目前現(xiàn)有配方設(shè)計電芯倍率數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電芯正極材料，其特征在于按重量百分比計算，包括鈷酸鋰96. 5%-98. 6%、粘結(jié)劑 0. 8%-2. 0% 和碳纖維管 0. 6%-1. 5%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電芯正極材料，其特征在于所述粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電芯正極材料，其特征在于所述N-甲基吡咯烷酮溶劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項所述的鋰離子電芯正極材料的制備方法，包括以下步驟 A、將配方量的粘結(jié)劑與粘結(jié)劑重量的10-20倍重量溶劑添加到攪拌缸中，以公轉(zhuǎn)30-40轉(zhuǎn)/秒；自轉(zhuǎn)25-30轉(zhuǎn)/秒的速度攪拌至粘結(jié)劑充分溶解到溶劑中后，加入所述配方量的碳納米管，以公轉(zhuǎn)30-40轉(zhuǎn)/秒；自轉(zhuǎn)25-30轉(zhuǎn)/秒的速度攪拌4-5小時，直至導(dǎo)電劑均勻分散溶液中； B、將配方量的鈷酸鋰加入到攪拌缸中，以公轉(zhuǎn)30-40轉(zhuǎn)/秒；自轉(zhuǎn)25-30轉(zhuǎn)/秒的速度攪拌3-5小時，至鈷酸鋰分散均勻制得懸浮液； C、向懸浮液中添加剩余溶劑后攪拌至0.5-lh，即得到所述鋰離子電池正極材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋰離子電芯正極材料的制備方法，其特征在于在所述步驟A之前還包括步驟將所述碳納米管經(jīng)過磨砂處理2-10小時。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋰離子電芯正極材料的制備方法，其特征在于所述鋰離子電芯正極漿料的固含量為68-76%。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋰離子電芯正極材料的制備方法，其特征在于在所述步驟C后，還包括步驟將所述正極漿料過150目篩2-3次。
8.一種使用權(quán)利要求1所述鋰離子電芯正極材料的電芯。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋰離子電芯技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰離子電芯正極材料及其制備方法。包括按重量百分比計算的鈷酸鋰96.5%-98.6%、粘結(jié)劑0.8%-2.0%和碳纖維管0.6%-1.5%。本發(fā)明采用碳納米管作為導(dǎo)電劑，其使用添加量減少，不但配方簡單，而且制得的產(chǎn)品性能穩(wěn)定，尤其是比容量高，適合現(xiàn)有便攜式電器中對電芯高容量的需求。
文檔編號H01M4/62GK103022417SQ20121058043
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者殷汝學(xué), 林鴻鵬 申請人:東莞市安德豐電池有限公司