专利名称：一种锂离子电芯正极材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及锂离子电芯技术领域，尤其涉及一种锂离子电芯正极材料及其制备方法。
背景技术：
锂离子电芯由于其高比能量和高电压的优点，受到了人们的极大关注，已成为国际电芯界商品开发的热点和重点。目前，锂离子电芯已经被广泛应用于移动通讯、便携式笔记本电脑、摄像机、便携式仪器仪表等领域，随着这些电器的高能化、轻量化，对锂离子电芯的高容量需求也越来越迫切。钴酸锂具有以下优点，结构好，适合锂离子嵌入，而且制备工艺成熟，开路电压高，能快速充放电，电化学性能优越比能量高、循环寿命长，加工性能优异，产品结构和性能稳定、一致性好，成本低廉、无任何有毒有害物质、不会对环境构成任何污染等特点，是便携式电器如笔记本电脑、移动电话、摄像机等广泛使用的良好的锂离子电芯正极材料。碳纳米管又名巴基管，是一种具有特殊结构的一维量子材料，具有典型的层状中空结构特征，一般管的两端有端帽封口。碳纳米管具有良好的导电性能，由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以具有良好的电学性能。碳纳米管上原子排列的方向常用矢量(n，m)表示，碳纳米管上碳原子的P电子形成大范围的离域键，由于共轭效应显著，对于n=m方向，碳纳米管表现出良好的导电性，电导率通常可达铜的I万倍。将碳纳米管应用在锂离子电芯中，由于其导电性远远高于炭黑导电剂，所以它在配方中成分只要很少一部分即可。
目前的锂离子电池正极材料大多采用钴酸锂与炭黑导电剂搭配，其中炭黑所占的比重较大。专利CN101083340A—种锂离子动力电池，以重量份数计，其正极配比为钴酸锂720-800、锰酸锂175-240、导电剂12-35、溶剂420-650，所述导电剂是导电石墨、导电炭黑中的任意一种或组合，其具有结构合理，重量轻，安全性能好，容量高，内阻小，可大电流放电，为设备提供更高的功率等特点。但是其中导电剂所占比重较高，相对于碳纤维管，导电石墨和导电炭黑的导电性较差，所以其在配比中所占比重较高，影响了钴酸锂在配比中的比重，进一步使电池电容量降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服上述现有技术存在的缺陷，在锂离子电池正极材料中，通过将钴酸锂和碳纳米管搭配使用，能提高正极材料的混粉克容量，进一步增加锂离子电芯的比容量。通过该方法制作出一种大容量聚合物锂离子电芯，能更好的应用于便携式电器如笔记本电脑、移动电话、摄像机等。为了实现上述目的，本发明的技术方案如下一种锂离子电芯正极材料，按重量百分比计,包括钴酸锂96. 5%-98. 6%、粘结剂O. 8%-2. 0%和碳纤维管O. 6%-1. 5%。较佳地，所述粘结剂为聚偏氟乙烯，所述正极材料所采用的溶剂为N-甲基吡咯烷酮。所述锂离子电芯正极材料的制备方法，包括以下步骤A、将配方量的粘结剂与粘结剂重量的10-20倍重量溶剂添加到搅拌缸中，以公转30-40转/秒；自转25-30转/秒的速度搅拌至粘结剂充分溶解到溶剂中后，加入所述配方量的碳纳米管，以公转30-40转/秒；自转25-30转/秒的速度搅拌4-5小时，直至导电剂均匀分散溶液中；B、将配方量的钴酸锂加入到搅拌缸中，以公转30-40转/秒；自转25-30转/秒的速度搅拌3-5小时，至钴酸锂分散均匀制得悬浮液；C、向悬浮液中添加溶剂直至所述浓度后搅拌至O. 5-lh，即得到锂离子电池正极浆料。 较佳地，所述粘结剂为聚偏氟乙烯(简称PVDF)，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮，所述锂离子电芯正极浆料的固含量为68-76%。较佳地，在所述步骤A之前还包括步骤将所述碳纳米管经过磨砂处理2-10小时。较佳地，所述步骤B中，将钴酸锂分3-5批加入到搅拌缸中，每隔I小时加一次。较佳地，在所述步骤C后，还包括步骤将所述正极浆料过150目筛2-3次。本发明的有益效果利用钴酸锂做电芯的正极材料，其具有循环寿命长、结构稳定、安全性能好、不会对环境构成污染；使用碳纤维管为导电剂，减少了相同质量下导电剂的添加量，进一步使正极材料中钴酸锂的添加量增多，提高了正极材料混粉的克容量，更进一步提高了锂离子电芯的电容量。
图1为本发明930mAh倍率测试图；图2为本发明IOOOmAh倍率测试图；图3为本发明930mAh循环测试图；图4为本发明IOOOmAh循环测试图。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式
作进一步的详细说明。实施例1一种锂离子电芯正极材料，包括重量百分比计算的钴酸锂96. 5%、碳纤维管1. 5%和 PVDF2. 0%。所述锂离子电芯正极材料制备步骤如下A、将配方量的粘结剂与粘结剂重量的10倍重量N-甲基吡咯烷酮(NMP)添加到搅拌缸中，以公转30转/秒；自转25转/秒的速度搅拌至粘结剂充分溶解到溶剂中后，加入配方量的碳纳米管，以公转30转/秒；自转25转/秒的速度搅拌5小时，直至导电剂均匀分散溶液中；B、将配方量的钴酸锂加入到搅拌缸中，以公转30转/秒；自转25转/秒的速度搅拌3小时，至钴酸锂分散均匀制得悬浮液；C、向悬浮液中添加溶剂直至所述浓度后搅拌至O. 5h，即得到锂离子电池正极浆料。其中所得锂离子电芯正极材料的固含量为68%。锂离子正极极片的涂布根据电芯极片面密度的要求，将正极材料浆料均匀涂覆于正极集流体，涂布方式采用辊压间隙式涂布，根据极片设计要求预留极耳位，正极浆料涂布使用厚度为16-30 μ m的铝箔，正极涂布面密度为10g/m2，正极涂布烘烤温度为90-1200C ;涂布时要通过试涂布确定涂布面密度，涂布时注意不能有划痕、漏箔材现象，同时要控制横向和纵向的涂布均一性。正极片的烘烤极片在正空状态下进行烘烤，烘烤温度110-130°C，烘烤12小时，在烘烤过程中每隔4小时连续抽放氩气3次，一方面除去烤箱中从极片内烘烤出的溶剂和水分，另一方面可以保持烤箱内干燥，使极片烘烤更为充分。烘烤结束后再连续进行抽放氩气3次，然后在真空状态下冷却极片到40以下，取出极片进行后续加工。 实施例2一种锂离子电芯正极材料，包括重量百分比计算的N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂配置正极浆料，采用的材料按重量百分比配比为钴酸锂98. 6%、碳纤维管O. 6%和PVDF0. 8%。所述锂离子电芯正极材料制备步骤如下先将碳纳米管经过磨砂处理4小时；A、将配方量的粘结剂与粘结剂重量的20倍重量N-甲基吡咯烷酮(NMP)添加到搅拌缸中，以公转40转/秒；自转30转/秒的速度搅拌至粘结剂充分溶解到溶剂中后，加入配方量的碳纳米管，以公转40转/秒；自转26转/秒的速度搅拌5小时，直至导电剂均匀分散溶液中；B、将配方量的钴酸锂加入到搅拌缸中，以公转40转/秒；自转30转/秒的速度搅拌3小时，至钴酸锂分散均匀制得悬浮液；C、向悬浮液中添加溶剂直至所述浓度后搅拌至O. 5h，即得到锂离子电池正极浆料。其中所得锂离子电芯正极材料的固含量为76%。锂离子电芯正极片的涂布方法与实施例1相同。实施例3一种锂离子电芯正极材料，包括重量百分比计算的N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂配置正极浆料，采用的材料按重量百分比配比为钴酸锂97. 5%、碳纤维管1. 5%和PVDF1. 0%。所述锂离子电芯正极材料制备步骤如下先将碳纳米管经过磨砂处理2小时；A、将配方量的粘结剂与粘结剂重量的12倍重量N-甲基吡咯烷酮(NMP)添加到搅拌缸中，以公转35转/秒；自转28转/秒的速度搅拌至粘结剂充分溶解到溶剂中后，加入配方量的碳纳米管，以公转34转/秒；自转27转/秒的速度搅拌5小时，直至导电剂均匀分散溶液中；B、将配方量的钴酸锂加入到搅拌缸中，以公转35转/秒；自转27转/秒的速度搅拌3小时，至钴酸锂分散均匀制得悬浮液；C、向悬浮液中添加溶剂直至所述浓度后搅拌至O. 5h，即得到锂离子电池正极浆料。
其中所得锂离子电芯正极材料的固含量为70%。锂离子电芯正极片的涂布方法与实施例1相同。实施例4一种锂离子电芯正极材料，包括重量百分比计算的N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂配置正极浆料，采用的材料按重量百分比配比为钴酸锂97. 6%、碳纤维管1. 2%和PVDF1. 2%。所述锂离子电芯正极材料制备步骤如下先将碳纳米管经过磨砂处理10小时；A、将配方量的粘结剂与粘结剂重量的14倍重量N-甲基吡咯烷酮(NMP)添加到搅拌缸中，以公转32转/秒；自转26转/秒的速度搅拌至粘结剂充分溶解到溶剂中后，加入配方量的碳纳米管，以公转38转/秒；自转28转/秒的速度搅拌5小时，直至导电剂均匀分散溶液中；B、将配方量的钴酸锂加入到搅拌缸中，以公转36转/秒；自转29转/秒的速度搅拌3小时，至钴酸锂分散均匀制得悬浮液；C、向悬浮液中添加溶剂直至所述浓度后搅拌至O. 5h，即得到锂离子电池正极浆料。其中所得锂离子电芯正极材料的固含量为45%。锂离子电芯正极片的涂布方法与实施例1相同。实施例5一种锂离子电芯正极材料，包括重量百分比计算的N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂配置正极浆料，采用的材料按重量百分比配比为钴酸锂97. 2%、碳纤维管1. 4%和PVDF1. 4%。所述锂离子电芯正极材料制备步骤如下先将碳纳米管经过磨砂处理5小时；A、将配方量的粘结剂与粘结剂重量的18倍重量N-甲基吡咯烷酮(NMP)添加到搅拌缸中，以公转36转/秒；自转27转/秒的速度搅拌至粘结剂充分溶解到溶剂中后，加入配方量的碳纳米管，以公转35转/秒；自转30转/秒的速度搅拌5小时，直至导电剂均匀分散溶液中；B、将配方量的钴酸锂加入到搅拌缸中，以公转38转/秒；自转26转/秒的速度搅拌3小时，至钴酸锂分散均匀制得悬浮液；C、向悬浮液中添加溶剂直至所述浓度后搅拌至O. 5h，即得到锂离子电池正极浆料。其中所得锂离子电芯正极材料的固含量为42%。锂离子电芯正极片的涂布方法与实施例1相同。上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括在本发明权利要求范围之内。对比例一种锂离子电芯正极材料的制备方法N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂配置正极浆料，采用的材料按重量百分比配比为钴酸锂86-90%、粘结剂2. 5-3. 5%、导电碳黑(S-P)1.5-5%和导电石墨O. 5-10%
采用对比例中制作的锂离子电芯的混合物每克电容量为134. 2-135. 9mAh/g，而采用本发明实施例1-5的配方设计的锂离子电芯正极的正极材料的混合物每克电容量为137. 0-140. OmAh/g，本发明电芯配方设计的平均正极材料混合物的每克电容量相比于对比例高 2. 1-5. 8mAh/g。选523450AR型号设定同样的电芯体积，采用目前现有配方设计只能做930mAh容量，采用本发明新配方CNTs设计，可以做IOOOmAh容量，其倍率循环数据与曲线如下523450AR型号930mAh容量，采用目前现有配方设计电芯倍率数据
权利要求
1.一种锂离子电芯正极材料，其特征在于按重量百分比计算，包括钴酸锂96. 5%-98. 6%、粘结剂 0. 8%-2. 0% 和碳纤维管 0. 6%-1. 5%。
2.根据权利要求1所述的锂离子电芯正极材料，其特征在于所述粘结剂为聚偏氟乙烯。
3.根据权利要求1所述的锂离子电芯正极材料，其特征在于所述N-甲基吡咯烷酮溶剂。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的锂离子电芯正极材料的制备方法，包括以下步骤 A、将配方量的粘结剂与粘结剂重量的10-20倍重量溶剂添加到搅拌缸中，以公转30-40转/秒；自转25-30转/秒的速度搅拌至粘结剂充分溶解到溶剂中后，加入所述配方量的碳纳米管，以公转30-40转/秒；自转25-30转/秒的速度搅拌4-5小时，直至导电剂均匀分散溶液中； B、将配方量的钴酸锂加入到搅拌缸中，以公转30-40转/秒；自转25-30转/秒的速度搅拌3-5小时，至钴酸锂分散均匀制得悬浮液； C、向悬浮液中添加剩余溶剂后搅拌至0.5-lh，即得到所述锂离子电池正极材料。
5.根据权利要求4所述的锂离子电芯正极材料的制备方法，其特征在于在所述步骤A之前还包括步骤将所述碳纳米管经过磨砂处理2-10小时。
6.根据权利要求4所述的锂离子电芯正极材料的制备方法，其特征在于所述锂离子电芯正极浆料的固含量为68-76%。
7.根据权利要求4所述的锂离子电芯正极材料的制备方法，其特征在于在所述步骤C后，还包括步骤将所述正极浆料过150目筛2-3次。
8.一种使用权利要求1所述锂离子电芯正极材料的电芯。
全文摘要
本发明涉及锂离子电芯技术领域，尤其涉及一种锂离子电芯正极材料及其制备方法。包括按重量百分比计算的钴酸锂96.5%-98.6%、粘结剂0.8%-2.0%和碳纤维管0.6%-1.5%。本发明采用碳纳米管作为导电剂，其使用添加量减少，不但配方简单，而且制得的产品性能稳定，尤其是比容量高，适合现有便携式电器中对电芯高容量的需求。
文档编号H01M4/62GK103022417SQ20121058043
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者殷汝学, 林鸿鹏 申请人:东莞市安德丰电池有限公司