一种锂离子电池阴极的制备方法

摘要

本发明提供了一种锂离子电池阴极的制备方法，所述阴极的活性材料包括第一活性材料，第二活性材料；所述第一活性材料为LiNi0.55Mn0.35Co0.1O2，其中D50为2.5-2.7微米，D10为1.2-1.4微米，D90为3.3-3.5微米；第二活性材料为LiMn0.65Co0.32Al0.03O2；其中D’50为1.9-2.1微米，D’10为0.7-0.9微米，D’90为2.7-2.9微米；所述阴极包括集流体，位于邻接集流体的第一层以及邻接第一层顶部的第二层；将第一活性材料和第二活性材料按照预定的配比混合得到第一层浆料，将第一活性材料和第二活性材料按照预定的配比混合得到第二层浆料，然后按顺序将第一层浆料和第二层浆料依次涂覆在集流体上，干燥，得到所述活性物质层，由本发明的制备方法得到的活性物质层具有较好的机械强度，活性物质层具有较高的倍率性能以及循环性能。

权利要求

1.一种锂离子电池阴极的制备方法，所述阴极的活性材料包括第一活性材料，第二活性材料；其特征在于：所述第一活性材料的D50为2.5-2.7微米，D10为1.2-1.4微米，D90为

3.3-3.5微米；第二活性材料的D’50为1.9-2.1微米，D’10为0.7-0.9微米，D’90为2.7-2.9微米；所述阴极包括集流体，位于邻接集流体的第一层以及邻接第一层顶部的第二层；从所述第一层至所述第二层，其中第一活性材料的含量降低，第二活性材料的含量升高，所述方法包括：

1)提供第一活性材料和第二活性材料，其中质量比，第一活性材料/第二活性材料＝k*(D90+D10-1.36*D50)/(D’90+D’10-1.36*D’50)，其中k＝0.65-0.82，将溶剂加入到搅拌釜中，然后加入粘结剂，搅拌均匀，加入导电剂，第一活性材料和第二活性材料，搅拌均匀，得到第一层浆料，其中活性材料总量：粘结剂：导电剂＝100:2-4:3-5；

2)提供第一活性材料和第二活性材料，其中质量比，第一活性材料/第二活性材料＝m*(D90+D10-1.36*D50)/(D’90+D’10-1.36*D’50)，其中m＝0.48-0.65，将溶剂加入到搅拌釜中，然后加入粘结剂，搅拌均匀，加入导电剂，第一活性材料和第二活性材料，搅拌均匀，得到第二层浆料，其中活性材料总量：粘结剂：导电剂＝100:3-5:4-6；

3)按顺序将第一层浆料和第二层浆料依次涂覆在集流体上，干燥，得到所述活性物质层，其中第一层浆料和第二层浆料的涂布厚度比例为r*(m/k)，其中r＝1.2-1.3。

2.如上述权利要求所述的方法，所述第一活性材料为LiNi0.55Mn0.35Co0.1O2，其中D50为

2.6微米，D10为1.3微米，D90为3.4微米。

3.如上述权利要求所述的方法，第二活性材料为LiMn0.65Co0.32Al0.03O2；其中D’50为2.0微米，D’10为0.8微米，D’90为2.8微米。

4.如上述权利要求所述的方法，第一层浆料，其中活性材料总量：粘结剂：导电剂＝

100:3:4。

5.如上述权利要求所述的方法，第二层浆料，其中活性材料总量：粘结剂：导电剂＝

100:4:5。

6.如上述权利要求所述的方法，所述导电剂选自导电石墨，碳纳米管，碳纳米纤维，导电金属颗粒，导电金属氧化物，或者是导电聚合物。

7.如上述权利要求所述的方法，所述溶剂为NMP，所述粘结剂选自PVDF或PTFE。

说明书

一种锂离子电池阴极的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种锂离子电池阴极的制备方法。

背景技术

[0002] 锂离子电池被认为是满足便携式电子器件、电动及混合动力汽车日益增加的能源需求的新型电源。锂离子电池具有以下特点：高电压、高容量、低消耗、无记忆效应、无公害、体积小、内阻小、自放电少、循环次数多。锂离子电池已应用到移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机等众多民用及军事领域。混合式的阴极具有较好的倍率性能以及能量密度，发明人将为LiNi0.55Mn0.35Co0.1O2和LiMn0.65Co0.32Al0.03O2混合制成电极材料层，获得了较好的倍率性能和能量密度，但是发明人发现，电极的循环性能较差，经过研究，发现当材料的组成含量和粒径范围满足特定关系式时，获得的浆料性能稳定，得到的材料层结构稳定，循环性能好。

发明内容

[0003] 本发明提供了一种锂离子电池阴极的制备方法，所述阴极的活性材料包括第一活性材料，第二活性材料；所述第一活性材料为LiNi0.55Mn0.35Co0.1O2，其中D50为2.5-2.7微米，D10为1.2-1.4微米，D90为3.3-3.5微米；第二活性材料为LiMn0.65Co0.32Al0.03O2；其中D’50为1.9-2.1微米，D’10为0.7-0.9微米，D’90为2.7-2.9微米；所述阴极包括集流体，位于邻接集流体的第一层以及邻接第一层顶部的第二层；将第一活性材料和第二活性材料按照预定的配比混合得到第一层浆料，将第一活性材料和第二活性材料按照预定的配比混合得到第二层浆料，然后按顺序将第一层浆料和第二层浆料依次涂覆在集流体上，干燥，得到所述活性物质层，由本发明的制备方法得到的活性物质层具有较好的机械强度，活性物质层具有较高的倍率性能以及循环性能。

[0004] 具体的方案如下：

[0005] 一种锂离子电池阴极的制备方法，所述阴极的活性材料包括第一活性材料，第二活性材料；其特征在于：所述第一活性材料的D50为2.5-2.7微米，D10为1.2-1.4微米，D90为3.3-3.5微米；第二活性材料的D’50为1.9-2.1微米，D’10为0.7-0.9微米，D’90为2.7-2.9微米；所述阴极包括集流体，位于邻接集流体的第一层以及邻接第一层顶部的第二层；从所述第一层至所述第二层，其中第一活性材料的含量降低，第二活性材料的含量升高，所述方法包括：

[0006] 1)提供第一活性材料和第二活性材料，其中质量比，第一活性材料/第二活性材料＝k*(D90+D10-1.36*D50)/(D’90+D’10-1.36*D’50)，其中k＝0.65-0.82，将溶剂加入到搅拌釜中，然后加入粘结剂，搅拌均匀，加入导电剂，第一活性材料和第二活性材料，搅拌均匀，得到第一层浆料，其中活性材料总量：粘结剂：导电剂＝100:2-4:3-5；

[0007] 2)提供第一活性材料和第二活性材料，其中质量比，第一活性材料/第二活性材料＝m*(D90+D10-1.36*D50)/(D’90+D’10-1.36*D’50)，其中m＝0.48-0.65，将溶剂加入到搅拌釜中，然后加入粘结剂，搅拌均匀，加入导电剂，第一活性材料和第二活性材料，搅拌均匀，得到第二层浆料，其中活性材料总量：粘结剂：导电剂＝100:3-5:4-6；

[0008] 3)按顺序将第一层浆料和第二层浆料依次涂覆在集流体上，干燥，得到所述活性物质层，其中第一层浆料和第二层浆料的涂布厚度比例为r*(m/k)，其中r＝1.2-1.3。

[0009] 进一步的，所述第一活性材料为LiNi0.55Mn0.35Co0.1O2，其中D50为2.6微米，D10为1.3微米，D90为3.4微米。

[0010] 进一步的，第二活性材料为LiMn0.65Co0.32Al0.03O2；其中D’50为2.0微米，D’10为0.8微米，D’90为2.8微米。

[0011] 进一步的，第一层浆料，其中活性材料总量：粘结剂：导电剂＝100:3:4。

[0012] 进一步的，第二层浆料，其中活性材料总量：粘结剂：导电剂＝100:4:5。

[0013] 进一步的，所述导电剂选自导电石墨，碳纳米管，碳纳米纤维，导电金属颗粒，导电金属氧化物，或者是导电聚合物。

[0014] 进一步的，所述溶剂为NMP，所述粘结剂选自PVDF或PTFE。

[0015] 本发明具有如下有益效果：

[0016] 1)、发明人发现，对于特定的活性材料 ，当所述第一活性材料为LiNi0.55Mn0.35Co0.1O2，其中D50为2.5-2.7微米，D10为1.2-1.4微米，D90为3.3-3.5微米；第二活性材料为LiMn0.65Co0.32Al0.03O2；其中D’50为1.9-2.1微米，D’10为0.7-0.9微米，D’90为
2.7-2.9微米时，混合后得到的活性层具有较高的倍率性能和循环性能。

[0017] 2)、发明人发现，当第一活性材料/第二活性材料的比例满足特定比例，即K*(D90+D10-1.36*D50)/(D’90+D’10-1.36*D’50)，其中K为0.48-0.82之间时，得到的浆料稳定性较高，并且涂布得到的活性层的机械强度较好，能够获得更好的循环性能。

[0018] 3)、通过对活性层结构化的设置，第一层至第二层，第一活性材料的含量降低，第二活性材料的含量增加，能够提高电极的稳定性，提高电极的循环性能。

[0019] 4)、第一层和第二层的涂布厚度和两层的组分含量相关，当涂布厚度满足r*(m/k)，其中r＝1.2-1.3时，能够获得很高的高倍率循环性能。

具体实施方式

[0020] 本发明下面将通过具体的实施例进行更详细的描述，但本发明的保护范围并不受限于这些实施例。本发明中的所述第一活性材料为LiNi0.55Mn0.35Co0.1O2，其中D50为2.6微米，D10为1.3微米，D90为3.4微米；第二活性材料为LiMn0.65Co0.32Al0.03O2；其中D’50为2.0微米，D’10为0.8微米，D’90为2.8微米，溶剂为NMP，粘结剂为PVDF，导电剂为导电石墨，第一活性层和第二活性层的总厚度为65微米。

[0021] 实施例1

[0022] 1)提供第一活性材料和第二活性材料，其中质量比，第一活性材料/第二活性材料＝0.86，其中k＝0.65，将溶剂加入到搅拌釜中，然后加入粘结剂，搅拌均匀，加入导电剂，第一活性材料和第二活性材料，搅拌均匀，得到第一层浆料，其中活性材料总量：粘结剂：导电剂＝100:2:3；

[0023] 2)提供第一活性材料和第二活性材料，其中质量比，第一活性材料/第二活性材料＝0.63，其中m＝0.48，将溶剂加入到搅拌釜中，然后加入粘结剂，搅拌均匀，加入导电剂，第一活性材料和第二活性材料，搅拌均匀，得到第二层浆料，其中活性材料总量：粘结剂：导电剂＝100:3:4；

[0024] 3)按顺序将第一层浆料和第二层浆料依次涂覆在集流体上，干燥，得到所述活性物质层，其中第一层浆料和第二层浆料的涂布厚度比例为0.89，其中r＝1.2。

[0025] 实施例2

[0026] 1)提供第一活性材料和第二活性材料，其中质量比，第一活性材料/第二活性材料＝1.08，其中k＝0.82，将溶剂加入到搅拌釜中，然后加入粘结剂，搅拌均匀，加入导电剂，第一活性材料和第二活性材料，搅拌均匀，得到第一层浆料，其中活性材料总量：粘结剂：导电剂＝100:4:5；

[0027] 2)提供第一活性材料和第二活性材料，其中质量比，第一活性材料/第二活性材料＝0.86，其中m＝0.65，将溶剂加入到搅拌釜中，然后加入粘结剂，搅拌均匀，加入导电剂，第一活性材料和第二活性材料，搅拌均匀，得到第二层浆料，其中活性材料总量：粘结剂：导电剂＝100:5:6；

[0028] 3)按顺序将第一层浆料和第二层浆料依次涂覆在集流体上，干燥，得到所述活性物质层，其中第一层浆料和第二层浆料的涂布厚度比例为1.03，其中r＝1.3。

[0029] 实施例3

[0030] 1)提供第一活性材料和第二活性材料，其中质量比，第一活性材料/第二活性材料＝0.98，其中k＝0.74，将溶剂加入到搅拌釜中，然后加入粘结剂，搅拌均匀，加入导电剂，第一活性材料和第二活性材料，搅拌均匀，得到第一层浆料，其中活性材料总量：粘结剂：导电剂＝100:3:4；

[0031] 2)提供第一活性材料和第二活性材料，其中质量比，第一活性材料/第二活性材料＝0.74，其中m＝0.56，将溶剂加入到搅拌釜中，然后加入粘结剂，搅拌均匀，加入导电剂，第一活性材料和第二活性材料，搅拌均匀，得到第二层浆料，其中活性材料总量：粘结剂：导电剂＝100:4:5；

[0032] 3)按顺序将第一层浆料和第二层浆料依次涂覆在集流体上，干燥，得到所述活性物质层，其中第一层浆料和第二层浆料的涂布厚度比例为0.95，其中r＝1.25。

[0033] 对比例1

[0034] 所述第一活性材料的D50为2.2微米，D10为1.0微米，D90为3.0微米；第二活性材料的D’50为1.5微米，D’10为0.5微米，D’90为2.3微米；其他制备工艺参数与实施例3相同。

[0035] 对比例2

[0036] 所述第一活性材料的D50为3.0微米，D10为1.5微米，D90为4.9微米；第二活性材料的D’50为2.5微米，D’10为1.5微米，D’90为3.2微米；其他制备工艺参数与实施例3相同。

[0037] 对比例3

[0038] 其中k＝0.9；m＝0.8，其他制备工艺与实施例3相同。

[0039] 对比例4

[0040] 其中k＝0.5；m＝0.3，其他制备工艺与实施例3相同。

[0041] 对比例5

[0042] 其中r＝1.5，其他制备工艺与实施例3相同。

[0043] 对比例6

[0044] 1)提供第一活性材料和第二活性材料，其中质量比，第一活性材料/第二活性材料＝0.98，其中k＝0.74，将溶剂加入到搅拌釜中，然后加入粘结剂，搅拌均匀，加入导电剂，第一活性材料和第二活性材料，搅拌均匀，得到第一层浆料，其中活性材料总量：粘结剂：导电剂＝100:3:4；

[0045] 2)提供第一活性材料和第二活性材料，其中质量比，第一活性材料/第二活性材料＝0.74，其中m＝0.56，将溶剂加入到搅拌釜中，然后加入粘结剂，搅拌均匀，加入导电剂，第一活性材料和第二活性材料，搅拌均匀，得到第二层浆料，其中活性材料总量：粘结剂：导电剂＝100:4:5；

[0046] 3)按0.95的质量比例将第一层浆料和第二层浆料混合，然后涂覆在集流体上，干燥，得到所述活性物质层。

[0047] 测试及结果

[0048] 测试实施例1-3和对比例1-4的浆料的稳定性，将浆料的固含量调节至50％，然后在常温下存储12h，测量浆料顶部以下5cm处的固含量；测试循环性能，将实施例1-3和对比例1-6的正极与锂片组成实验电池，采用1C的电流下2.7-4.2V的电压区间进行充放电循环200次，测量电池的循环容量保持率，结果见表1。

[0049] 表1

[0050]

[0051]

[0052] 尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但是应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。