[发明专利]一种低内阻三元单晶极片的制备方法

说明书

本发明公开了一种低内阻三元单晶极片的制备方法，将钙钛矿‑钛酸镧锂和石墨烯材料作为包覆材料包覆于三元单晶材料的表面，使得极片活性材料具有良好的离子导电性和电子导电性，大大降低了材料本体内阻。本发明通过控制三元单晶/钛酸镧锂/石墨烯复合材料的粒径分布、导电剂和正极集流体的选择，使得电极拥有更好的孔结构，利于Li+扩散，更易形成导电网络，涂碳铝箔的选择明显降低活性颗粒与集流体的接触阻抗，且可降低电池在使用过程中内阻的增幅。本发明制得的低内阻三元单晶极片，比常规三元单晶极片内阻低50‑80％左右，解决了三元单晶材料由于颗粒大、Li⁺扩散困难、倍率差、极化大的问题，非常有利于单晶三元材料的大规模使用。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体是一种低内阻三元单晶极片的制备方法。

背景技术

近年来，新能源汽车对动力电池的能量密度和功率性能要求越来越高，能量密度的不断提升使得正极材料不断向高镍方向发展，但随着Ni含量的提升，电芯的循环性能和安全性能都存在较大隐患。为了解决这一问题，三元正极材料开始由多晶向单晶化转变。单晶材料是由分散的一次颗粒球组成，比二次球不易破碎，因为二次球中一次颗粒有着不同的晶面取向和滑移面，晶粒间晶格膨胀和收缩的各向异性，导致二次颗粒易破碎，并在一次颗粒间产生微裂纹，增加与电解液的接触面积，加剧副反应，而单晶三元内部无晶界，可以避免晶界破碎导致的性能劣化问题，有利长循环性能；同时单晶材料因其结构稳定性，还具有很高的安全性和耐高压性，即可以在较高的电压下工作不失效，提高了电池的工作电压，而且单晶材料压实密度高，因此正极材料单晶化不仅解决了长循环问题，还获得了高的能量密度，所以单晶三元材料是未来很有前景的正极材料之一。

但同时单晶材料也存在一些缺点影响其大规模使用，比如颗粒大、Li⁺扩散困难、倍率差、内阻大、极化大等，即功率性能差是其不可忽视的短板。内阻是影响电池功率性能和放电效率的重要因素，内阻越大，电池的倍率性能越差，且在存储和循环中增加的越快。而内阻与电池结构、电池材料特性和制造工艺相关，并随着环境温度和荷电状态的变化而变化。因此，开发低内阻电池是提升电池功率性能的关键，同时掌握电池内阻的变化规律对电池寿命预测具有非常重要的现实意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种低内阻三元单晶极片的制备方法，解决三元单晶材料颗粒大、倍率差、内阻大、极化大、功率性能不佳等问题。

本发明的技术方案为：

一种低内阻三元单晶极片的制备方法，具体包括有以下步骤：

(1)、将石墨烯在无水乙醇中超声分散，随后将分散好的石墨烯溶液加入到钛酸镧锂和三元单晶材料的混合悬浮液中，充分混合均匀后，转移至高温高压的水热釜中于80-120℃反应10-20h；取出干燥后，再在300-600℃下于惰性气氛下煅烧3-6h即可得到包覆均匀的三元单晶/钛酸镧锂/石墨烯复合材料；其中，钛酸镧锂和石墨烯材料作为包覆材料包覆于三元单晶材料的表面；

(2)、控制三元单晶/钛酸镧锂/石墨烯复合材料的粒径分布在D₁₀＝2.5-3.5um，D₅₀＝4.5-5.5um，D₉₀＝7.5-8.5um；

(3)、将三元单晶/钛酸镧锂/石墨烯复合材料连同导电剂和粘结剂进行合浆、然后涂布在正极集流体上，干燥、辊压后得到低内阻三元单晶极片。

所述的钛酸镧锂的包覆量占三元单晶材料质量的0.5-1％，所述的石墨烯的包覆量占三元单晶材料质量的0.05-0.1％。