專利名稱：高功率大容量鋰離子電池正極極片及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池及其制作方法，尤其公開了一種高功率大容量鋰離子電池正極極片及其制作方法。
背景技術：
鈷酸鋰作為鋰離子電池正極材料在移動電話、攝錄像機、筆記本電腦、數(shù)碼相機、媒體播放器等便攜式電子產(chǎn)品領域表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，但是，它在較高溫度下容易釋放出氧氣，帶來嚴重的安全隱患?，F(xiàn)在科學界普遍認為鈷酸鋰不適合作為電動汽車用高功率、高容量鋰離子電池正極材料。同時，由于鈷酸鋰價格昂貴，多年來鉛酸電池都壓倒性占據(jù)了大部分的市場。因此，尋找低成本、高性能的正極材料是推動鋰離子電池廣泛應用的需要，尤其是發(fā)展電動汽車(EV)、混合電動車(HEV)的關鍵?？梢哉f，從鋰離子開始使用的那一天起，科學家就已經(jīng)在尋找性價比更高的正極材料。磷酸鐵鋰價格便宜、比容量高、安全性能好，是理想的鋰離子電池正極材料，尤其是它較高溫度下的穩(wěn)定性能給高功率、高容量電池提供了安全保障，是動力電池材料的理想選擇。但是磷酸鐵鋰電導率低，在充放電過程中易發(fā)生極化現(xiàn)象，大電流高倍率下容量大幅度下降，性能很不理想。磷酸鐵鋰要想真正實現(xiàn)應用，必須解決目前存在的這些問題。
碳納米管是一種由石墨卷成的無縫空心管，碳原子最外層的電子通過sp2雜化和相鄰的三個碳原子形成穩(wěn)定的鍵，剩余的一個電子形成離域大π鍵。因此，在碳納米管管壁存在大量可以自由移動的電子，并且這些自由電子分布在碳納米管的表面，因而碳納米管具有優(yōu)異的導電性能，是一種優(yōu)良的導電劑。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種包含磷酸鐵鋰正極材料的高功率、大容量鋰離子電池正極極片及其制作方法。
本發(fā)明包括一種高功率、大容量鋰離子電池正極極片，包括正極材料、導電劑、粘合劑和集流體，采用的正極材料是磷酸鐵鋰(LiFePO4)或者改性后的磷酸鐵鋰或者磷酸鐵鋰和鈷酸鋰或錳酸鋰的混合物；其導電劑是碳納米管、碳纖維、乙炔黑、超導碳黑和導電石墨中一種或兩種或兩種以上的混合物，其中必須有一種是碳納米管；正極材料、黏合劑和導電劑的重量百分比分別為75～95％，2～15％，1～15％。在復合導電劑中，碳納米管、碳纖維、乙炔黑、超導碳黑和導電石墨占導電劑總重量百分比分別為1～100％，0～99％，0～99％，0～99％，0～99％。
本發(fā)明提供了一種制作高功率鋰離子電池正極極片的方法，包括以下步聚1)稱量一定量的碳納米管、碳纖維，在去離子水或有機分散劑中超聲分散；2)稱量一定量的粘合劑和溶劑加入到攪拌機中使其充分溶解；
3)稱取一定量的乙炔黑、導電石墨、超導石墨和正極材料干法研磨，將此混合均勻的混合物加入到正在超聲分散的碳納米管溶液中，充分混合均勻后，加入溶解好的粘合劑溶液，混合均勻后用溶劑稀釋漿料得到粘度為500～10000Pa.s左右的正極漿料；4)所述的上述漿料涂敷在正極集流體上，涂布厚度為20～200μm，在60～120℃下真空干燥3～8小時后，在輥壓機上輥壓得到厚度為20～100μm的正極極片。
本發(fā)明所說的碳納米管是一種由石墨卷成的無縫中空管，根據(jù)卷繞的層數(shù)分為單壁碳納米管和多壁碳納米管。
本發(fā)明所述的有機分散劑為無水乙醇和丙酮中的一種或二者的混合物。
本發(fā)明的鋰離子電池正極極片具有導電性好的特點，以這種極片制成的電芯，在高功率充放電條件下(10C)，放電容量保持標稱容量(0.2C)的80％。
具體實施例方式
實施例1在100ml無水酒精中加入碳納米管(CNTs)5g，超聲分散；稱取乙炔黑(AB)5g，磷酸鐵鋰(LFP)80g在攪拌式球磨機中充分攪拌；稱取10g聚偏氟乙烯(PVDF)溶解在100g N-甲基吡咯烷酮(NMP)中攪拌使其充分溶解；首先將上述攪拌球磨后的AB和LFP的混合物加入到超聲分散中的CNTs溶液中，再將上述混合物加入到溶解了PVDF的NMP中，然后轉移至高速攪拌機中以2000轉/分鐘的速度攪拌1～2小時，再加入100g NMP稀釋得到粘度為5000Pa.s的漿料。使用流延式涂布機將此漿料均勻涂在20μm的鋁箔上，涂布厚度為100μm。120℃下真空干燥6小時后在輥壓機下輥壓得到90μm的正極極片。打片后作為正極，然后以鋰片為對電極，美國Celgard 2400為隔膜，以1.0mo1·L-1LiPF6/EC+DMC[V(EC)∶V(DMC)＝1∶1]為電解液，在充滿氬氣的不銹鋼手套箱中裝配成扣式電池。在Land-BTL10(藍電)全自動電池程控測試儀上進行恒流恒壓充放電測試，放電倍率分別為0.1-3C，充放電電壓范圍為2.40～3.90V。在1C倍率下放電容量為125mAh·g-1，達到0.2C放電倍率時的90％.
實施例2將實施例1中的乙炔黑用導電石墨取代?；旌蠞{料、電極制作、電池組裝和測試條件和實施例1中一致。在1C倍率下放電容量為120mAh·g-1，達到0.2C放電倍率時的86％.
實施例3將實施例1中的乙炔黑用碳納米管取代?；旌蠞{料、電極制作、電池組裝和測試條件和實施例1中一致。在1C倍率下放電容量為130mAh·g-1，達到0.2C放電倍率時的92.80％.
對比例1將實施例1中的碳納米管用乙炔黑取代?；旌蠞{料、電極制作、電池組裝和測試條件和實施例1中一致。在1C倍率下放電容量為105mAh·g-1，達到0.2C放電倍率時的75％.
對比例2將實施例1中的碳納米管用導電石墨取代。混合漿料、電極制作、電池組裝和測試條件和實施例1中一致。在1C倍率下放電容量為110mAh·g-1，達到0.2C放電倍率時的75％.
對比例3將實施例1中的碳納米管和乙炔黑用導電石墨取代?；旌蠞{料、電極制作、電池組裝和測試條件和實施例1中一致。在1C倍率下放電容量為100mAh·g-1，達到0.2C放電倍率時的75％.
權利要求
1.一種高功率、大容量鋰離子電池正極極片，包括正極材料、導電劑、粘合劑和集流體，其特征在于極片所采用的正極材料是磷酸鐵鋰(LiFePO4)或者改性后的磷酸鐵鋰或者磷酸鐵鋰和鈷酸鋰或錳酸鋰的混合物；其導電劑是碳納米管、碳纖維、乙炔黑、超導碳黑和導電石墨中一種或兩種或兩種以上的混合物，其中必須有一種是碳納米管；正極材料、黏合劑和導電劑的重量百分比分別為75～95％，2～15％，1～15％。
2.根據(jù)權利要求1所述的導電劑其特征在于碳納米管、碳纖維、乙炔黑、超導碳黑和導電石墨占導電劑總重量百分比分別為1～100％，0～99％，0～99％，0～99％，0～99％。
3.根據(jù)權利要求2所述的碳納米管其特征在于具有中空管狀結構，其長度為0.1～200μm，管外徑為3～100nm。
4.一種制備權利要求1所述高功率、大容量鋰離子電池正極極片的方法，其特征在于該方法按以下步聚進行1)稱量一定量的碳納米管、碳纖維，在去離子水或有機分散劑中超聲分散；2)稱量一定量的粘合劑和溶劑加入到攪拌機中使其充分溶解；3)稱取一定量的乙炔黑、導電石墨、超導石墨和正極材料干法研磨，將此混合均勻的混合物加入到正在超聲分散的碳納米管溶液中，充分混合均勻后，加入溶解好的粘合劑溶液，混合均勻后用溶劑稀釋漿料得到粘度為500～10000Pa.s左右的正極漿料；4)所述的上述漿料涂敷在正極集流體上，涂布厚度為20～200μm，在60～120℃下真空干燥3～8小時后，在輥壓機上輥壓得到厚度為20～100μm的正極極片。
5.根據(jù)權利要求4所述的有機分散劑其特征在于為無水乙醇和丙酮中的一種或二者的混合物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高功率、大容量鋰離子電池正極極片及其制作方法。該正極極片包括正極材料、導電劑、粘合劑和集流體，采用的正極材料是磷酸鐵鋰(LiFePO
文檔編號H01M4/04GK101087017SQ20061003221
公開日2007年12月12日 申請日期2006年9月8日 優(yōu)先權日2006年9月8日
發(fā)明者陳召勇, 朱華麗 申請人:長沙理工大學