CN109713274A - 一种高容量锂离子动力电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高容量锂离子动力电池及其制备方法，所述电池包含正极片、负极片、隔膜、电解液及电池外壳，所述正极片包括正极材料、正极导电剂、正极材料粘结剂，所述正极材料含有LiNi0.80Co0.15Al0.05O2（NCA）材料与镍复合材料，所述正极导电剂为乙炔黑、导电石墨或碳纳米管中的一种或多种的混合物，本发明通过以含有LiNi0.80Co0.15Al0.05O2（NCA）材料与镍复合材料作为电池的正极材料，并在正极材料中掺杂Mn、Zr、Mg中的一种，提高了电池的循环性能的同时提高了电池的容量，并通过在制作过程中添加草酸与助溶剂，方便了正极材料的制作与涂布，提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及蓄电池制造领域，尤其涉及一种高容量锂离子动力电池及其制备方法。
背景技术
电化学储能作为一种稳定高效易于运输的储能方式近年来已经深入人们的日常生活中，为了积极应对能源危机、减轻汽车尾气对环境的污染，使用和发展绿色环保、低耗能的新能源电动汽车成为了社会发展的必然趋势，也使得锂离子电池作为众多电化学储能方式的典型代表，成为了新能源汽车的动力支持，在目前生产的锂离子电池过程中，通常使用镍钴铝层状正极材料(NCA)作为锂离子电池的电池，这种工艺提高了电池的热稳定性，然而，锂离子电池在实际使用中还存在一些问题，例如：在匀浆过程中非常容易吸潮或者不容易涂布、电池的循环性能低、容量不满足需求等问题，因此，解决此类问题就显的十分必要了。
发明内容
本发明提供了一种高容量锂离子动力电池及其制备方法，以解决锂离子电池在实际使用中还存在一些问题，例如：在匀浆过程中非常容易吸潮或者不容易涂布、电池的循环性能低、容量不满足需求等问题。
为了解决上述问题，本发明一种高容量锂离子动力电池及其制备方法，所述电池包含正极片、负极片、隔膜、电解液及电池外壳，所述正极片包括正极材料、正极导电剂、正极材料粘结剂，所述正极材料含有LiNi0.80Co0.15Al0.05O2（NCA）材料与镍复合材料，所述正极导电剂为乙炔黑、导电石墨或碳纳米管中的一种或多种的混合物，所述正极材料粘结剂为聚偏氟乙烯，所述正极材料、正极导电剂、正极材料粘结剂的重量百分比配比范围分别为：
正极材料 92%-98%
正极导电剂 1%-4%
正极材料粘结剂 0.1%-2%。
进一步改进在于：所述负极片包括负极材料、负极导电剂、负极材料粘结剂，所述负极材料为硅粉与人造石墨粉的复合材料，所述负极导电剂为乙炔黑、导电石墨或碳纳米管中的一种或多种的混合物，所述负极材料粘结剂为丁苯橡胶，所述负极材料、负极导电剂、负极材料粘结剂的重量百分比配比范围分别为：
负极材料 90%-96%
负极导电剂 1%-4%
负极材料粘结剂 1%-5%。
进一步改进在于：所述一种高容量锂离子动力电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：制备NCA材料前驱体；
步骤二：制备NCA正极材料；
步骤三：制备正极材料；
步骤四：制备正极片与负极片，然后装配电池，完成锂离子电池的制作。
进一步改进在于：所述步骤一中，首先按照摩尔比为0.80：0.15：0.05准确称重镍盐与钴盐、铝盐，将其溶于去离子水中，并加入适当的掺杂剂，其中掺杂剂为Mn、Zr、Mg中的一种，并通过共沉淀法制成NCA材料前驱体，再将其烘干，得到NCA材料前驱体粉末状混合物。
进一步改进在于：在进行步骤一的同时，通过控制系统调控PH值范围为10-12，反应时间为20-40H，反应温度为40-60℃，生产环境湿度控制为20%-50%，进料速度为0.03-0.08L/H，掺杂剂的掺杂比例为0.1%-1%，且烘干后的NCA材料前驱体粉末状混合物在室温下进行冷却。
进一步改进在于：将步骤一所得的NCA材料前驱体粉末状混合物通过球磨机进行磨粉，并对磨完粉后的混合物进行重复至少3次200目筛过筛，得到混合物A，并对混合物A检测镍与钴、铝的含量。
进一步改进在于：所述步骤二中，将混合物A与锂盐、镍复合材料进行搅拌混合，并加入助溶剂，得到混合物B，之后通过球磨机对混合物B进行湿法球磨混锂，然后将混锂后的混合物B进行分段煅烧，其中预煅烧温度为400-600℃，预煅烧时间为3-5H，再升温至700-800℃进行煅烧10-20H，得到NCA正极材料。
进一步改进在于：在步骤二中混合与混锂过程中，通过系统调控PH值范围为11-12，生产环境湿度控制为20%-40%，搅拌转速为400-800r/min，并将煅烧后的NCA正极材料进行重复至少3次400目筛过筛，所述掺杂的镍复合材料为纳米超分级结构的镍复合材料。
进一步改进在于：所述步骤三中，将步骤二所得的NCA正极材料与Al2O3、TiO2、石墨烯中的一种进行湿混，同时加入添加剂与助溶剂，并将其混合物进行烘干，然后将烘干后的混合物进行磨粉并进行重复至少3次400目筛过筛，得到正极材料，其中添加剂为草酸。
进一步改进在于：所述步骤四中，将步骤三的正极材料与正极导电剂、正极材料粘结剂进行搅拌，并加入溶剂形成正极浆料；负极材料、负极导电剂、负极材料粘结剂，并加入溶剂形成负极浆料，之后分别通过涂布、辊压、烘烤等工序制作完成正极片与负极片，并将正极片、负极片、隔膜、电解液及电池外壳通过叠片、注液、组装等工序完成锂离子电池的装配。
本发明的有益效果是：通过以含有LiNi0.80Co0.15Al0.05O2（NCA）材料与镍复合材料作为电池的正极材料，并在正极材料中掺杂Mn、Zr、Mg中的一种，提高了电池的循环性能的同时提高了电池的容量，并通过在制作过程中添加草酸与助溶剂，方便了正极材料的制作与涂布，提高了生产效率。
Claims (10)
1.一种高容量锂离子动力电池及其制备方法，其特征在于：所述电池包含正极片、负极片、隔膜、电解液及电池外壳，所述正极片包括正极材料、正极导电剂、正极材料粘结剂，所述正极材料含有LiNi0.80Co0.15Al0.05O2（NCA）材料与镍复合材料，所述正极导电剂为乙炔黑、导电石墨或碳纳米管中的一种或多种的混合物，所述正极材料粘结剂为聚偏氟乙烯，所述正极材料、正极导电剂、正极材料粘结剂的重量百分比配比范围分别为：
正极材料 92%-98%
正极导电剂 1%-4%
正极材料粘结剂 0.1%-2%。
2.如权利要求1所述的一种高容量锂离子动力电池及其制备方法，其特征在于：所述负极片包括负极材料、负极导电剂、负极材料粘结剂，所述负极材料为硅粉与人造石墨粉的复合材料，所述负极导电剂为乙炔黑、导电石墨或碳纳米管中的一种或多种的混合物，所述负极材料粘结剂为丁苯橡胶，所述负极材料、负极导电剂、负极材料粘结剂的重量百分比配比范围分别为：
负极材料 90%-96%
负极导电剂 1%-4%
负极材料粘结剂 1%-5%。
3.如权利要求1所述的一种高容量锂离子动力电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：制备NCA材料前驱体；
步骤二：制备NCA正极材料；
步骤三：制备正极材料；
步骤四：制备正极片与负极片，然后装配电池，完成锂离子电池的制作。
4.如权利要求3所述的一种高容量锂离子动力电池的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，首先按照摩尔比为0.80：0.15：0.05准确称重镍盐与钴盐、铝盐，将其溶于去离子水中，并加入适当的掺杂剂，其中掺杂剂为Mn、Zr、Mg中的一种，并通过共沉淀法制成NCA材料前驱体，再将其烘干，得到NCA材料前驱体粉末状混合物。
5.如权利要求3所述的一种高容量锂离子动力电池的制备方法，其特征在于：在进行步骤一的同时，通过控制系统调控PH值范围为10-12，反应时间为20-40H，反应温度为40-60℃，生产环境湿度控制为20%-50%，进料速度为0.03-0.08L/H，掺杂剂的掺杂比例为0.1%-1%，且烘干后的NCA材料前驱体粉末状混合物在室温下进行冷却。
6.如权利要求4所述的一种高容量锂离子动力电池的制备方法，其特征在于：将步骤一所得的NCA材料前驱体粉末状混合物通过球磨机进行磨粉，并对磨完粉后的混合物进行重复至少3次200目筛过筛，得到混合物A，并对混合物A检测镍与钴、铝的含量。
7.如权利要求6所述的一种高容量锂离子动力电池的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，将混合物A与锂盐、镍复合材料进行搅拌混合，并加入助溶剂，得到混合物B，之后通过球磨机对混合物B进行湿法球磨混锂，然后将混锂后的混合物B进行分段煅烧，其中预煅烧温度为400-600℃，预煅烧时间为3-5H，再升温至700-800℃进行煅烧10-20H，得到NCA正极材料。
8.如权利要求7所述的一种高容量锂离子动力电池的制备方法，其特征在于：在步骤二中混合与混锂过程中，通过系统调控PH值范围为11-12，生产环境湿度控制为20%-40%，搅拌转速为400-800r/min，并将煅烧后的NCA正极材料进行重复至少3次400目筛过筛，所述掺杂的镍复合材料为纳米超分级结构的镍复合材料。
9.如权利要求3所述的一种高容量锂离子动力电池的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，将步骤二所得的NCA正极材料与Al2O3、TiO2、石墨烯中的一种进行湿混，同时加入添加剂与助溶剂，并将其混合物进行烘干，然后将烘干后的混合物进行磨粉并进行重复至少3次400目筛过筛，得到正极材料，其中添加剂为草酸。
10.如权利要求3所述的一种高容量锂离子动力电池的制备方法，其特征在于：所述步骤四中，将步骤三的正极材料与正极导电剂、正极材料粘结剂进行搅拌，并加入溶剂形成正极浆料；负极材料、负极导电剂、负极材料粘结剂，并加入溶剂形成负极浆料，之后分别通过涂布、辊压、烘烤等工序制作完成正极片与负极片，并将正极片、负极片、隔膜、电解液及电池外壳通过叠片、注液、组装等工序完成锂离子电池的装配。
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