[发明专利]一种低成本高能量密度正极片的制备方法及锂电池的制备方法

说明书

本发明涉及锂电池领域，针对水处理制作高镍三元正极材料有腐蚀反应的问题，提供一种低成本高能量密度正极片的制备方法，以去离子水为溶剂，加入正极活性材料、导电剂和粘结剂，混合得到固含量为50‑60％的浆料，加入磷酸，混合均匀，涂覆到正极集流体上，干燥得正极片；所述正极活性材料是NCM622、NCM811或NCA中的一种或几种。本发明利用水处理高镍三元正极材料，加入磷酸控制浆料的pH值，减少干燥过程中极片的表面开裂现象，提高了锂离子电池的倍率性能和循环寿命。本发明还提供一种含所述正极片的锂电池的制备方法。

技术领域

本发明涉及锂电池领域，尤其是涉及一种低成本高能量密度正极片的制备方法及锂电池的制备方法。

背景技术

近几十年锂离子电池在多领域产生了巨大的影响力，但电池成本仍有很大的改进空间，其中加工成本占总生产成本的80％以上，通过新材料和新工艺降低成本有很大的空间。高镍正极材料是提高电芯能量密度、降低钴材料使用量的候选材料。正极材料和极片的制造占锂离子电池总成本的70％以上，因此降低高镍正极片的制造成本将显著降低锂离子电池的生产成本。专利CN108172825A公开了一种小颗粒单晶三元镍钴锰酸锂混合大颗粒钴酸锂并包覆硫化铟的低成本钴酸锂正极材料制备方法，该方法成功提高了钴酸锂的压实密度，并节约了成本，但目前市面上的钴酸锂材料充电电压已经要求到达4.4V以上，而三元镍钴锰酸锂充电上限电压一般不超过4.3V，否则会造成严重的相变，使循环变差。

利用水处理制作锂离子电池既经济又环保，但对于高镍三元正极材料来说，一个主要的问题是锂元素的浸出，导致浆料pH值超过12，随后腐蚀铝集流体，随着腐蚀反应的进行，产生的氢气产生气泡，导致干燥电极表面出现严重开裂，当极片涂布面密度增加时，这种影响变得更加明显，损害极片的机械和电化学性能。据此需要一种理想的解决方法。

发明内容

本发明为了克服水处理制作高镍三元正极材料有腐蚀反应的问题，提供一种低成本高能量密度正极片的制备方法，利用水处理高镍三元正极材料，加入磷酸控制浆料的pH值，减少干燥过程中极片的表面开裂现象，提高了锂离子电池的倍率性能和循环寿命。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种低成本高能量密度正极片的制备方法，以去离子水为溶剂，加入正极活性材料、导电剂和粘结剂，混合得到固含量为50-60％的浆料，加入磷酸，混合均匀，涂覆到正极集流体上，干燥得正极片；所述正极活性材料是NCM622、NCM811或NCA中的一种或几种。高镍三元正极材料中锂元素的浸出会导致浆料pH值超过12，腐蚀铝集流体，导致干燥电极表面出现严重开裂，损害极片的机械和电化学性能。加入磷酸控制浆料的pH值，可以减少干燥过程中极片的表面开裂现象，提高了锂离子电池的倍率性能和循环寿命。

作为优选，所述导电剂为碳黑、碳纳米管、导电纤维、导电石墨、科琴黑中的一种或几种；和/或，所述粘结剂为质量比1:(2-3.5)的羧甲基纤维素钠CMC和丙烯酸混合物。

作为优选，按质量份数计，正极活性材料90-93份，导电剂0.8-1.9份，粘结剂2.5-4.5 份。

作为优选，磷酸加入量是浆料总质量的0.5-1.8％。当正极浆料中磷酸添加量在0.5-1.8％范围内时电池倍率放电容量保持率和循环容量保持率最佳，因为这个范围内浆料pH值接近中性，可以抑制铝集流体的腐蚀，降低氢气的产出，维持了极片的机械稳定性；正极浆料中磷酸添加量低于0.5％或高于1.8％时，会腐蚀铝集流体，主要包括两个过程，即对铝材表面自然氧化膜的溶解和对铝基体的溶解，持续反应产生大量的氢气，使得极片涂层剥离或解除不良，电池性能劣化。

作为优选，所述正极集流体为铝箔，铝箔厚度12-20μm，双面涂布面密度为360-550g/m²。当极片涂布面密度增加时，高镍三元正极材料中锂元素浸出产生的腐蚀作用越明显，所以需要合理控制极片的涂布面密度。