本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種復(fù)合材料正極的制備方法。
背景技術(shù):
作為鋰離子電池的正極材料,鎳鈷錳酸鋰(NCM)三元材料的理論比容量較高,約278mAh/g,充放電過(guò)程中體積變化小(小于2%),振實(shí)密度大,能量密度高,實(shí)際比容量可達(dá)140-180mAh/g(同鎳、鈷、錳比例有關(guān)),但是,其500次的循環(huán)壽命以及安全性能較差,很難滿足目前對(duì)鋰離子電池高安全性、長(zhǎng)壽命的要求;而磷酸錳鐵鋰(LMFP)材料的電壓平臺(tái)高,熱穩(wěn)定性、循環(huán)穩(wěn)定性性能較好,但是,其理論比容量較低,只有約170mAh/g,實(shí)際比容量約120mAh/g,無(wú)法發(fā)揮其高電壓的優(yōu)勢(shì)。
鑒于此,實(shí)有必要提供一種復(fù)合材料正極的制備方法以克服以上缺陷。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的是提供一種復(fù)合材料正極的制備方法,應(yīng)用本發(fā)明提供的方法所制備的正極,鋰離子電池的能量密度高,循環(huán)壽命長(zhǎng)且熱穩(wěn)定性能優(yōu)異。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提供一種復(fù)合材料正極的制備方法,包括如下步驟:
步驟一:按一定比例稱取磷酸錳鐵鋰LMFP與鎳鈷錳酸鋰NCM;
步驟二:將步驟一得到的混合材料中加入分散介質(zhì),并進(jìn)行球磨,充分混合后在干燥箱中進(jìn)行干燥處理,干燥溫度為70-80℃,干燥時(shí)間為8-10h;
步驟三:對(duì)步驟二得到的混合物進(jìn)行充分研磨,得到磷酸錳鐵鋰加鎳鈷錳酸鋰的復(fù)合材料;
步驟四:將步驟三得到的復(fù)合材料經(jīng)涂布、干燥及沖片制備成正極。
具體的,所述步驟一中磷酸錳鐵鋰和鎳鈷錳酸鋰的配比為L(zhǎng)i:Ti=4:6。
具體的,所述分散介質(zhì)為無(wú)水乙醇,所述無(wú)水乙醇與步驟一得到的混合材料的質(zhì)量比為1:1-1:2。
具體的,所述步驟二中的球磨方式為濕法球磨,球磨時(shí)間為4-8h,球磨轉(zhuǎn)速為200-300rpm。
具體的,所述步驟三中的研磨時(shí)間為40分鐘以上。
相比于現(xiàn)有技術(shù),本發(fā)明提供的復(fù)合材料正極的制備方法,將磷酸錳鐵鋰與鎳鈷錳酸鋰進(jìn)行機(jī)械球磨混合,利用鎳鈷錳酸的高容量與磷酸錳鐵鋰材料的高電壓、循環(huán)性能以及熱穩(wěn)定性相結(jié)合,應(yīng)用本發(fā)明提供的方法所制備的正極,鋰離子電池的能量密度高,循環(huán)壽命長(zhǎng)且熱穩(wěn)定性能優(yōu)異。
【附圖說(shuō)明】
圖1為應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例所制備的復(fù)合材料正極的電池在0.5C倍率下的充放電曲線圖;
圖2為應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例所制備的復(fù)合材料正極的電池在3C倍率下的循環(huán)性能曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益技術(shù)效果更加清晰明白,以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式,對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是,本說(shuō)明書(shū)中描述的具體實(shí)施方式僅僅是為了解釋本發(fā)明,并不是為了限定本發(fā)明。
本發(fā)明提供一種復(fù)合材料正極的制備方法,包括如下步驟:
步驟一:按一定比例稱取磷酸錳鐵鋰LMFP與鎳鈷錳酸鋰NCM;
步驟二:將步驟一得到的混合材料中加入分散介質(zhì),并進(jìn)行球磨,充分混合后在干燥箱中進(jìn)行干燥處理,干燥溫度為70-80℃,干燥時(shí)間為8-10h;
步驟三:對(duì)步驟二得到的混合物進(jìn)行充分研磨,得到磷酸錳鐵鋰加鎳鈷錳酸鋰的復(fù)合材料;
步驟四:將步驟三得到的復(fù)合材料經(jīng)涂布、干燥及沖片制備成正極。
具體的,所述步驟一中磷酸錳鐵鋰和鎳鈷錳酸鋰的配比為L(zhǎng)i:Ti=4:6。
具體的,所述分散介質(zhì)為無(wú)水乙醇,所述無(wú)水乙醇與步驟一得到的混合材料的質(zhì)量比為1:1-1:2。
具體的,所述步驟二中的球磨方式為濕法球磨,球磨時(shí)間為4-8h,球磨轉(zhuǎn)速為200-300rpm。
具體的,所述步驟三中的研磨時(shí)間為40分鐘以上。
實(shí)施例:
1)按質(zhì)量比為4:6稱取磷酸錳鐵鋰LMFP與鎳鈷錳酸鋰NCM;
2)將步驟1得到的混合材料中加入無(wú)水乙醇,無(wú)水乙醇與復(fù)合材料的質(zhì)量比1:1-1:2,進(jìn)行濕法球磨4~8h,球磨轉(zhuǎn)速200~300rpm,然后在干燥箱中進(jìn)行干燥處理,干燥溫度為70-80℃,干燥時(shí)間為8-10h;
3)將步驟2得到的混合物充分研磨均勻,研磨時(shí)間40min以上,磷酸錳鐵鋰加鎳鈷錳酸鋰的復(fù)合材料;
4)將步驟3得到的復(fù)合材料經(jīng)涂布、干燥及沖片制備成正極。
對(duì)本發(fā)明實(shí)施例所制備的正極進(jìn)行扣式電池的組裝與測(cè)試:
具體的,以實(shí)施例制備的磷酸錳鐵鋰加鎳鈷錳酸鋰復(fù)合材料為活性物質(zhì),Super-P為導(dǎo)電極,偏聚氟乙烯(PVDF)為粘結(jié)劑,依次按照質(zhì)量比為80:10:10的比例與N-甲基吡咯烷酮(NMP)混合后得到漿料;將漿料涂覆于集流體鋁箔上,在真空120℃的條件下干燥12h,沖片,制得直徑為10mm的正極圓片。
測(cè)試電池選用CR2032扣式電池,負(fù)極選用直徑14mm的金屬鋰片,電解液選用1mol的LiFP6(EC:DMC:EMC=1:1:1,v/v),以負(fù)極殼—彈片—墊片—鋰片—電解液—隔膜—正極片—墊片—正極殼的順序?qū)㈦姵剡M(jìn)行封裝,整個(gè)過(guò)程都在充有氬氣的手套箱中完成。
測(cè)試設(shè)備選用新威Neware BTS測(cè)試系統(tǒng),充放電截止電壓范圍2.5~4.4V,測(cè)試溫度25℃,記錄電池的首次放電容量。
圖1為應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例所制備的復(fù)合材料正極的電池在0.5C倍率下的充放電曲線圖,由圖1可知,磷酸錳鐵鋰加鎳鈷錳酸鋰復(fù)合材料的0.5C放電中值電壓3.92V,放電比容量為151mAh/g,相比市場(chǎng)上單一的三元材料NCM(0.5C放電中值電壓約3.6V,放電比容量為約155mAh/g)而言,克容量少量下降約4mAh/g,放電中值電壓增大約0.32V,僅就正極而言,能量密度提高6.08%。
圖2為應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例所制備的復(fù)合材料正極的電池在3C倍率下的循環(huán)性能曲線圖,由圖2可知,采用本發(fā)明方法制備出的磷酸錳鐵鋰加鎳鈷錳酸鋰復(fù)合材料正極循環(huán)性能優(yōu)異,3C循環(huán)600周后,容量保持率保持在90%以上(90.86%)。
本發(fā)明提供一種復(fù)合材料正極的制備方法,將磷酸錳鐵鋰與鎳鈷錳酸鋰進(jìn)行機(jī)械球磨混合,利用鎳鈷錳酸鋰的高容量與磷酸錳鐵鋰材料的高電壓、循環(huán)性能以及熱穩(wěn)定性相結(jié)合,應(yīng)用本發(fā)明提供的方法所制備的正極,鋰離子電池的能量密度高,循環(huán)壽命長(zhǎng)且熱穩(wěn)定性能優(yōu)異。
本發(fā)明并不僅僅限于說(shuō)明書(shū)和實(shí)施方式中所描述,因此對(duì)于熟悉領(lǐng)域的人員而言可容易地實(shí)現(xiàn)另外的優(yōu)點(diǎn)和修改,故在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念的精神和范圍的情況下,本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)、代表性的設(shè)備和這里示出與描述的圖示示例。