一種高密度鋰離子電池極片的制備方法與流程

本發明涉及電池材料領域，具體地涉及一種高密度鋰離子電池極片的制備方法。

背景技術：

鋰離子電池是新一代綠色高能電池，具有電壓高、能量密度大、循環性能好、自放電小、無記憶效應、工作溫度范圍寬等眾多優點，廣泛應用于電話、筆記本電腦、電動工具等，在電動汽車中也具有良好的應用前景，被人們認為是21世紀具有重要意義的高能技術產品。在電動汽車領域，對電池倍率放電性能和比能量要求很高。為了提高比能量，一般采用高密度、高容量的正負極材料進行極片制造。極片一般的制造工藝是：用正負極材料加上粘結劑、導電劑等添加劑，經過制漿、涂布、干燥、滾壓、分切等工藝制成極片。如果想制造高比能量的電池，必須使極片的壓實密度盡量增大。但是由于制漿過程中加入了低密度的導電劑(一般為高度分散的碳材料)，導電劑分布在正負極材料的顆粒之間，導致極片壓實密度很難得到大幅度的提高。

目前行業內提高比能量主要的技術方法是提高材料的放電容量，但是有很多技術問題，例如循環性能下降。

技術實現要素：

針對現有技術的不足，本發明的目的是在于提供一種高密度的電池極片及其制備方法。

為了實現上述技術目的，本發明提供了一種鋰離子電池磷酸鐵鋰正極材料制備方法，包括以下步驟:

(1)電池極片浸入含有有機碳源的液體中，真空下使電池極片吸附飽和；

(2)烘干極片后，在非氧化性氣氛下熱處理，使有機碳源裂解為碳，均勻包覆在極片表面及內部的正負極顆粒；

(3)降溫即得。

步驟(1)所述的電池極片為經過涂布、干燥、滾壓、分切好的常規電池極片。

步驟(1)所述有機碳源可以為糖類，醇類，所述液體的溶劑為可以溶解有機碳源的溶劑。糖類包括但不限于葡萄糖、蔗糖。醇類包括但不限于聚乙二醇，聚乙烯醇。

步驟(1)電池極片吸附有機碳源物質的量為電池極片質量的1％-5％，經過裂解處理后，裂解殘留碳的質量為電池極片質量的0.1％-1％。

步驟(1)真空為0.001-0.01Mpa真空度。

步驟(2)所述烘干是指80-120℃下烘干。

步驟(2)所述熱處理是指300-500℃下熱處理1-3h，使吸附的有機碳源裂解為碳，均勻包覆極片表面及內部。

上述制備方法制得的電池極片屬于本發明的保護范圍。

含有上述電池極片的電池也屬于本發明的保護范圍。

本發明提供了上述方法制得的電池極片在制備鋰離子電池中的應用。

本發明提供了上述制備方法在制備鋰離子電池中的應用。

本發明是將電池極片在沒有低密度導電劑的情況下通過吸附有機碳源，將極片的壓實密度提高到最大，可以提高5％-20％的極片壓實密度，相應的使鋰離子電池增加5％-20％的體積比能量。本發明方法操作簡單，制得的電池極片壓實密度高，電化學性能穩定、優良。

附圖說明

圖1為經過本發明處理的磷酸鐵鋰正極極片SEM照片。

圖2為本發明實施例1的放電對比圖。其中1為本發明改進后的放電曲線，2為原有的放電曲線。

圖3為本發明實施例2的放電對比圖。其中1為本發明改進后的放電曲線，2為原有的放電曲線。

圖4為本發明實施例3的放電對比圖。其中1為本發明改進后的放電曲線，2為原有的放電曲線。

具體實施方式

除非另有定義，下文中所使用的所有專業術語與本領域技術人員通常理解的含義相同。本文中所使用的專業術語只是為了描述具體實施例的目的，并不是旨在限制本發明的保護范圍。

除有特別說明，本發明中用到的各種試劑、原料均為可以從市場上購買的商品或者可以通過公知的方法制得的產品。

實施例1高密度鋰離子電池極片的制備方法(1)

將按照傳統工藝制造的磷酸鐵鋰18650電池(3.2V-1500mAh)負極極片(大約含有負極材料5.3g，無導電劑)，浸入含有10％質量分數的葡萄糖水溶液中，在0.001MPa真空度下使極片吸附飽和。每片極片上的葡萄糖吸附量53mg，為極片上負極材料質量的1％。將極片在80℃烘干去除水分后，在氮氣氣氛下500℃進行熱處理1h，使有機碳源裂解為碳(質量約為5.3mg)，均勻包覆在極片表面及內部的正負極顆粒上。降溫到室溫，取出極片，得到經過導電處理的高壓實極片，處理后得到的磷酸鐵鋰正極極片SEM圖見圖1。

經過測量，同樣容量的18650電池負極極片，厚度由102um減少到88um，單電池使用的極片長度由76mm增加到83mm，使電池的放電容量由原有的1550mAh提高1771mAh。體積比能量提高了10％。對比圖見圖2。

實施例2高密度鋰離子電池極片的制備方法(2)

將按照傳統工藝制造的三元18650電池(3.6V-2200mAh)正極極片(大約含有正極材料15g，無導電劑)，浸入含有10％質量分數的聚乙二醇-乙醇溶液中，在0.01MPa真空度下使極片吸附飽和。每片極片上的聚乙二醇吸附量750mg，為極片上負極材料質量的5％。將極片在120℃烘干去除乙醇后，在氬氣氣氛下300℃進行熱處理2h，使有機碳源裂解為碳(約為0.15g)，均勻包覆在極片表面及內部的正負極顆粒上。降溫到室溫，取出極片，得到經過導電處理的高壓實極片。

經過測量，同樣容量的18650電池正極極片，厚度由原先設計的152um減少到138um，單電池使用的極片長度由85mm增加到99mm，使電池的放電容量由原有的2250mAh提高2610mAh。體積比能量提高了15％。對比圖見圖3所示。

實施例3高密度鋰離子電池極片的制備方法(3)

將按照傳統工藝制造的錳酸鋰14500電池(3.7V-350mAh)正極極片(大約含有正極材料錳酸鋰3.5g，無導電劑)，浸入含有10％質量分數的聚乙二醇-乙醇溶液中，在0.005MPa真空度下使極片吸附飽和。每片極片上的聚乙二醇吸附量70mg，為極片上負極材料質量的2％。再將按照傳統工藝制造的錳酸鋰14500電池(3.7V-350mAh)負極極片(大約含有負極材料1.75g，無導電劑)，浸入含有20％質量分數的聚乙烯醇-水溶液中，在0.005MPa真空度下使極片吸附飽和。每片極片上的聚乙二醇吸附量35mg，為極片上負極材料質量的2％。

將以上極片在120℃烘干去除溶劑后，在氬氣氣氛下450℃進行熱處理2h，使有機碳源裂解為碳，均勻包覆在極片表面及內部的正負極顆粒上。降溫到室溫，取出極片，得到經過導電處理的高壓實極片。

同樣面密度的14500電池正極極片，厚度減少了15％。負極極片厚度減少了10％。如果達到電池鋼殼內部同樣的填充率，極片長度可以增加。經過實際測量，正負極極片長度增加了12％，電池的放電容量由原來的370mAh提高到427mAh，體積比能量提高了14％。對比圖見圖4所示。