[发明专利]锂离子电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种锂离子电池及其制备方法，其制备方法包括以下步骤：将三元材料与导电剂、高分子粘结剂混合，涂覆于铝箔上，干燥得到正极片；将氧化石墨烯在分散剂中分散得到氧化石墨烯分散液，然后涂覆于正极片上形成氧化石墨烯涂层，得到氧化石墨烯修饰的正极片；将氧化石墨烯修饰的正极片与隔膜、电解液、锂片和镍网在手套箱中组装成扣式电池；将扣式电池进行电化学还原得到锂离子电池。本发明的锂离子电池正极为还原氧化石墨烯修饰的三元材料正极，电子导电率高，循环性能和倍率性能都有显著的提高。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域技术领域，具体来说，涉及一种锂离子电池及其制备方法。

背景技术

随着锂离子电池技术的发展和其良好的经济效益、社会效益和战略意义(包括汽车、航天、军事等领域)，使得锂离子电池的应用越来越广泛，特别是在电动车、混合动力汽车、不间断电源以及太阳能发电系统等新能源领域。正极材料作为锂离子电池的重要组成部分，对电池性能的发挥有重要意义。镍钴锰三元正极材料由于其低廉的价格、方便的合成方法、较高的能量密度以及安全性，受到越来越多的关注与研究。但是，由于镍钴锰三元材料在电化学循环过程中，层状结构向尖晶石/盐岩相转变、电解质与正极材料的界面副反应加剧以及过渡金属的溶解等问题导致其循环稳定性和倍率性能变差，而限制了其广泛应用。

表面修饰作为一种常用的改性电极材料的手段，一方面，其可以防止电解液与材料的直接接触，一定程度上抑制副反应的发生；另一方面，一些包覆物具有较高的电子导电率以及锂离子扩散系数而改善电极材料的动力学过程，从而提高材料的电化学性能。还原氧化石墨烯由于其特殊的结构、卓越的导电性、较高的比表面积和结构稳定性等特点，在锂离子电池电极材料的制备以及优化上具有很大潜力。

目前，采用化学反应法将还原氧化石墨烯修饰镍钴锰三元材料、磷酸铁锂以及锂硫电池，先在电极材料颗粒表面包覆氧化石墨烯，之后通过高温热处理，在还原剂以及惰性气氛下合成还原氧化石墨烯包覆的电极材料。这样的修饰手段不仅仅过程繁琐、反应需要高温和惰性气氛使其制作成本较高，而且使用的还原剂(水合肼等)有毒，合成过程存在危险。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种锂离子电池及其制备方法，其中锂离子电池的正极材料为还原氧化石墨烯修饰三元材料，与传统的还原氧化石墨烯包覆电极材料颗粒的方法不同，本发明基于锂离子电池正极的结构，在正极片表面直接涂覆一层氧化石墨烯涂层，使正极形成由铝箔、活性物质和氧化石墨烯涂层组成的“三明治”结构。本发明在极片上直接涂覆氧化石墨烯的方法流程较短、操作简易、成本低廉、安全环保，同时极片表面的氧化石墨烯在电池的前几次充放电循环过程中发生电还原反应，在极片表面原位生成还原氧化石墨烯。极片表面生成的还原氧化石墨烯不仅可以抑制三元材料与电解液的副反应发生，同时可以提高材料的电子导电率，从而使改性后三元材料正极的循环性能和倍率性能都有显著的提高。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：

S1、将三元材料与导电剂、高分子粘结剂混合，涂覆于铝箔上，干燥得到正极片；

S2、将氧化石墨烯在分散剂中分散得到氧化石墨烯分散液，将所述氧化石墨烯分散液涂覆于所述正极片上形成氧化石墨烯涂层，得到氧化石墨烯修饰的正极片；

S3、将所述氧化石墨烯修饰的正极片制成圆形正极片，与隔膜、电解液、锂片和镍网在手套箱中组装成扣式电池；

S4、将所述扣式电池进行电化学还原得到锂离子电池。