本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種正極片及制備方法以及包括該正極片的鋰離子電池。
背景技術(shù)：
鋰離子電池具有輸出電壓高，比能量高，放電電壓平穩(wěn)，循環(huán)壽命長的特點。所以鋰離子電池已經(jīng)廣泛應用于筆記本電腦，數(shù)碼相機，手機領(lǐng)域。并越來越多的在動力領(lǐng)域、儲能領(lǐng)域得到了應用。動力領(lǐng)域和儲能領(lǐng)域不同于數(shù)碼領(lǐng)域單個用電器能量在幾瓦時至幾十瓦時，它們往往需要幾十千瓦時，甚至更高能量，單臺成本較高，因此對電池的循環(huán)壽命也提出了越來越高的要求。
其中鋰離子電池正極材料層狀lini1/3co1/3mn1/3o2作為一種新型的鋰離子電池正極材料，其理論容量達278mah/g。lini1/3co1/3mn1/3o2具有a-nafeo2型層狀結(jié)構(gòu)，ni為+2價，co為+3價，mn為+4價，少量的ni3+和mn3+。充電時，mn4+不變價，ni2+變?yōu)閚i4+，co3+變?yōu)閏o4+。lini1/3co1/3mn1/3o2，集中了licoo2，linio2，limno2三種材料各自的優(yōu)點，但是由于三元材料在合成過程中存在mn3+的影響，充放電過程中產(chǎn)生jahn-teller效應，造成錳的溶解和電解液分解。從而造成電池容量過低、循環(huán)性能差。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足而提供一種鋰離子電池正極材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好、可以提高固溶體材料的燒結(jié)密度和強度、減少生產(chǎn)中輥壓時對材料晶型的破壞、減少材料容量損失和提高循環(huán)穩(wěn)定性的一種正極片及制備方法以及包括該正極片的鋰離子電池。
本發(fā)明的目的之一是這樣實現(xiàn)的：該正極片包括鋁箔和設(shè)在鋁箔表面的正極活性材料；所述的正極活性材料包含下列原料按照重量份數(shù)制成：正極材料94-98份、氣相生長炭纖維0.1-3份、聚偏氟乙烯1-3份和n-甲基吡咯烷酮10-40份；所述的正極材料的化學式為：li4ni5-3xco2xyxo8(0＜x＜0.5)。
優(yōu)選地，該正極片包括鋁箔和設(shè)在鋁箔表面的正極活性材料；所述的正極活性材料包含下列原料按照重量份數(shù)制成：正極材料96份、氣相生長炭纖維2份、聚偏氟乙烯2份和n-甲基吡咯烷酮30份；所述的正極材料的化學式為：li4ni4.7co0.2y0.1o8；x＝0.1。
一種正極片的制備方法，包括如下步驟：
步驟一：將鎳鹽水溶液、鈷鹽水溶液、釔鹽水溶液混合均勻后，制成混合溶液；
步驟二：將步驟一中所述的混合溶液放置在反應容器內(nèi)，加入氨水和強堿的混合液，使反應液進行共沉淀反應；所述的反應液的ph值為11～12；
步驟三：對步驟二中共沉淀反應結(jié)束后的沉淀物進行洗滌烘干，烘干后的沉淀物中加入鋰鹽在球磨機內(nèi)高速混合；所述的高速混合的轉(zhuǎn)速200～1000rpm，球料比為3∶1～10∶1，球磨時間8～30h；
步驟四：步驟三中球磨機內(nèi)高速混合后的混合物經(jīng)高溫焙燒24小時，靜置室溫后經(jīng)粉碎過篩，制成正極材料；所述的高溫焙燒的溫度為800～1100℃，所述粉碎過篩的篩網(wǎng)為100～400目；
步驟五：將步驟四中所述的正極材料、氣相生長炭纖維、聚偏氟乙烯和n-甲基吡咯烷酮放置在行星式高速分散裝置內(nèi)分散均勻后，均勻涂布于鋁箔上，經(jīng)輥壓后制得正極片；所述的鋁箔的厚度為12μm，所述的正極片厚度為130μm。
優(yōu)選地，所述的鎳鹽水溶液選自硫酸鎳水溶液、硝酸鎳水溶液、氯化鎳水溶液或醋酸鎳水溶液之一；鈷鹽水溶液選自硫酸鈷水溶液、硝酸鈷水溶液、氯化鈷水溶液或醋酸鈷水溶液之一；釔鹽水溶液選自硫酸釔水溶液、硝酸釔水溶液、氯化釔水溶液或醋酸釔水溶液之一；鎳鹽水溶液中的鎳、鈷鹽水溶液中的鈷與釔鹽水溶液中的釔的摩爾比為5-3x∶2x∶x，所述的x大于0，且小于0.5。
優(yōu)選地，所述的強堿選自氫氧化鉀溶液、氫氧化鈉溶液、氫氧化鋰溶液中的一種或幾種。
本發(fā)明的目的之二是這樣實現(xiàn)的：一種鋰離子電池，包括鋼殼、鋰離子電芯、分別設(shè)在鋰離子電芯上部和下部的上絕緣片和下絕緣片，鋰離子電芯包括依次疊置并卷繞的正極片、第一隔膜，負極片和第二隔膜，所述的正極片為本申請?zhí)峁┑恼龢O片。
本發(fā)明具有鋰離子電池正極材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好、可以提高固溶體材料的燒結(jié)密度和強度、減少生產(chǎn)中輥壓時對材料晶型的破壞、減少材料容量損失和提高鋰離子電池循環(huán)穩(wěn)定性的優(yōu)點。
具體實施方式
本發(fā)明為一種正極片及制備方法以及包括該正極片的鋰離子電池，正極片包括鋁箔和設(shè)在鋁箔表面的正極活性材料；所述的正極活性材料包含下列原料按照重量份數(shù)制成：正極材料94-98份、氣相生長炭纖維0.1-3份、聚偏氟乙烯1-3份和n-甲基吡咯烷酮10-40份；所述的正極材料的化學式為：li4ni5-3xco2xyxo8(0＜x＜0.5)。
優(yōu)選地，該正極片包括鋁箔和設(shè)在鋁箔表面的正極活性材料；所述的正極活性材料包含下列原料按照重量份數(shù)制成：正極材料96份、氣相生長炭纖維2份、聚偏氟乙烯2份和n-甲基吡咯烷酮30份；所述的正極材料的化學式為：li4ni4.7co0.2y0.1o8；x＝0.1。
一種正極片的制備方法，包括如下步驟：
步驟一：將鎳鹽水溶液、鈷鹽水溶液、釔鹽水溶液混合均勻后，制成混合溶液；
步驟二：將步驟一中所述的混合溶液放置在反應容器內(nèi)，加入氨水和強堿的混合液，使反應液進行共沉淀反應；所述的反應液的ph值為11～12；
步驟三：對步驟二中共沉淀反應結(jié)束后的沉淀物進行洗滌烘干，烘干后的沉淀物中加入鋰鹽在球磨機內(nèi)高速混合；所述的高速混合的轉(zhuǎn)速200～1000rpm，球料比為3∶1～10∶1，球磨時間8～30h；
步驟四：步驟三中球磨機內(nèi)高速混合后的混合物經(jīng)高溫焙燒24小時，靜置室溫后經(jīng)粉碎過篩，制成正極材料；所述的高溫焙燒的溫度為800～1100℃，所述粉碎過篩的篩網(wǎng)為100～400目；
步驟五：將步驟四中所述的正極材料、氣相生長炭纖維、聚偏氟乙烯和n-甲基吡咯烷酮放置在行星式高速分散裝置內(nèi)分散均勻后，均勻涂布于鋁箔上，經(jīng)輥壓后制得正極片；所述的鋁箔的厚度為12μm，所述的正極片厚度為130μm。
優(yōu)選地，所述的鎳鹽水溶液選自硫酸鎳水溶液、硝酸鎳水溶液、氯化鎳水溶液或醋酸鎳水溶液之一；鈷鹽水溶液選自硫酸鈷水溶液、硝酸鈷水溶液、氯化鈷水溶液或醋酸鈷水溶液之一；釔鹽水溶液選自硫酸釔水溶液、硝酸釔水溶液、氯化釔水溶液或醋酸釔水溶液之一；鎳鹽水溶液中的鎳、鈷鹽水溶液中的鈷與釔鹽水溶液中的釔的摩爾比為5-3x∶2x∶x，所述的x大于0，且小于0.5。
優(yōu)選地，所述的強堿選自氫氧化鉀溶液、氫氧化鈉溶液、氫氧化鋰溶液中的一種或幾種。
本發(fā)明還提供了一種鋰離子電池，包括鋼殼、鋰離子電芯、分別設(shè)在鋰離子電芯上部和下部的上絕緣片和下絕緣片，鋰離子電芯包括依次疊置并卷繞的正極片、第一隔膜，負極片和第二隔膜，所述的正極片為本申請?zhí)峁┑恼龢O片。
為了更加詳細的解釋本發(fā)明，現(xiàn)結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步闡釋。具體實施例如下：
實施例一
一種正極片，該正極片包括鋁箔和設(shè)在鋁箔表面的正極活性材料；所述的正極活性材料包含下列原料按照重量份數(shù)制成：正極材料94份、氣相生長炭纖維0.1份、聚偏氟乙烯1份和n-甲基吡咯烷酮10份；所述的正極材料的化學式為：li4ni4.7co0.2y0.1o8，x＝0.1。
一種正極片的制備方法，包括如下步驟：
步驟一：將鎳鹽水溶液、鈷鹽水溶液、釔鹽水溶液混合均勻后，制成混合溶液；
步驟二：將步驟一中所述的混合溶液放置在反應容器內(nèi)，加入氨水和強堿的混合液，使反應液進行共沉淀反應；所述的反應液的ph值為11～12；
步驟三：對步驟二中共沉淀反應結(jié)束后的沉淀物進行洗滌烘干，烘干后的沉淀物中加入鋰鹽在球磨機內(nèi)高速混合；所述的高速混合的轉(zhuǎn)速200～1000rpm，球料比為10∶1，球磨時間30h；
步驟四：步驟三中球磨機內(nèi)高速混合后的混合物經(jīng)高溫焙燒24小時，靜置室溫后經(jīng)粉碎過篩，制成正極材料；所述的高溫焙燒的溫度為800～1100℃，所述粉碎過篩的篩網(wǎng)為100～400目；
步驟五：將步驟四中所述的正極材料、氣相生長炭纖維、聚偏氟乙烯和n-甲基吡咯烷酮放置在行星式高速分散裝置內(nèi)分散均勻后，均勻涂布于鋁箔上，經(jīng)輥壓后制得正極片；所述的鋁箔的厚度為12μm，所述的正極片厚度為130μm。
優(yōu)選地，所述的鎳鹽水溶液為硫酸鎳水溶液；鈷鹽水溶液為硫酸鈷水溶液；釔鹽水溶液為硫酸釔水溶液；鎳鹽水溶液中的鎳、鈷鹽水溶液中的鈷與釔鹽水溶液中的釔的摩爾比為5-3x∶2x∶x，所述的x等于0.1。
優(yōu)選地，所述的強堿為氫氧化鉀溶液。
本發(fā)明還提供了一種鋰離子電池，包括鋼殼、鋰離子電芯、分別設(shè)在鋰離子電芯上部和下部的上絕緣片和下絕緣片，鋰離子電芯包括依次疊置并卷繞的正極片、第一隔膜，負極片和第二隔膜，所述的正極片為本申請?zhí)峁┑恼龢O片。
實施例二
一種正極片，該正極片包括鋁箔和設(shè)在鋁箔表面的正極活性材料；所述的正極活性材料包含下列原料按照重量份數(shù)制成：正極材料98份、氣相生長炭纖維3份、聚偏氟乙烯3份和n-甲基吡咯烷酮40份；所述的正極材料的化學式為：li4ni3.8co0.8y0.4o8，x＝0.4。
一種正極片的制備方法，包括如下步驟：
步驟一：將鎳鹽水溶液、鈷鹽水溶液、釔鹽水溶液混合均勻后，制成混合溶液；
步驟二：將步驟一中所述的混合溶液放置在反應容器內(nèi)，加入氨水和強堿的混合液，使反應液進行共沉淀反應；所述的反應液的ph值為11～12；
步驟三：對步驟二中共沉淀反應結(jié)束后的沉淀物進行洗滌烘干，烘干后的沉淀物中加入鋰鹽在球磨機內(nèi)高速混合；所述的高速混合的轉(zhuǎn)速200～1000rpm，球料比為3∶1，球磨時間8h；
步驟四：步驟三中球磨機內(nèi)高速混合后的混合物經(jīng)高溫焙燒24小時，靜置室溫后經(jīng)粉碎過篩，制成正極材料；所述的高溫焙燒的溫度為800～1100℃，所述粉碎過篩的篩網(wǎng)為100～400目；
步驟五：將步驟四中所述的正極材料、氣相生長炭纖維、聚偏氟乙烯和n-甲基吡咯烷酮放置在行星式高速分散裝置內(nèi)分散均勻后，均勻涂布于鋁箔上，經(jīng)輥壓后制得正極片；所述的鋁箔的厚度為12μm，所述的正極片厚度為130μm。
優(yōu)選地，所述的鎳鹽水溶液為硝酸鎳水溶液；鈷鹽水溶液為硝酸鈷水溶液、；釔鹽水溶液為硝酸釔水溶液；鎳鹽水溶液中的鎳、鈷鹽水溶液中的鈷與釔鹽水溶液中的釔的摩爾比為5-3x∶2x∶x，所述的x等于0.4。
優(yōu)選地，所述的強堿為氫氧化鈉溶液。
本發(fā)明還提供了一種鋰離子電池，包括鋼殼、鋰離子電芯、分別設(shè)在鋰離子電芯上部和下部的上絕緣片和下絕緣片，鋰離子電芯包括依次疊置并卷繞的正極片、第一隔膜，負極片和第二隔膜，所述的正極片為本申請?zhí)峁┑恼龢O片。
實施例三
一種正極片，該正極片包括鋁箔和設(shè)在鋁箔表面的正極活性材料；所述的正極活性材料包含下列原料按照重量份數(shù)制成：正極材料96份、氣相生長炭纖維1.55份、聚偏氟乙烯2份和n-甲基吡咯烷酮25份；所述的正極材料的化學式為：li4ni4.25co0.5y0.25o8，x＝0.25。
一種正極片的制備方法，包括如下步驟：
步驟一：將鎳鹽水溶液、鈷鹽水溶液、釔鹽水溶液混合均勻后，制成混合溶液；
步驟二：將步驟一中所述的混合溶液放置在反應容器內(nèi)，加入氨水和強堿的混合液，使反應液進行共沉淀反應；所述的反應液的ph值為11～12；
步驟三：對步驟二中共沉淀反應結(jié)束后的沉淀物進行洗滌烘干，烘干后的沉淀物中加入鋰鹽在球磨機內(nèi)高速混合；所述的高速混合的轉(zhuǎn)速200～1000rpm，球料比為6.5∶1，球磨時間19h；
步驟四：步驟三中球磨機內(nèi)高速混合后的混合物經(jīng)高溫焙燒24小時，靜置室溫后經(jīng)粉碎過篩，制成正極材料；所述的高溫焙燒的溫度為800～1100℃，所述粉碎過篩的篩網(wǎng)為100～400目；
步驟五：將步驟四中所述的正極材料、氣相生長炭纖維、聚偏氟乙烯和n-甲基吡咯烷酮放置在行星式高速分散裝置內(nèi)分散均勻后，均勻涂布于鋁箔上，經(jīng)輥壓后制得正極片；所述的鋁箔的厚度為12μm，所述的正極片厚度為130μm。
優(yōu)選地，所述的鎳鹽水溶液為氯化鎳水溶液；鈷鹽水溶液為氯化鈷水溶液；釔鹽水溶液為氯化釔水溶液；鎳鹽水溶液中的鎳、鈷鹽水溶液中的鈷與釔鹽水溶液中的釔的摩爾比為5-3x∶2x∶x，所述的x等于0.25。
優(yōu)選地，所述的強堿為氫氧化鋰溶液。
本發(fā)明還提供了一種鋰離子電池，包括鋼殼、鋰離子電芯、分別設(shè)在鋰離子電芯上部和下部的上絕緣片和下絕緣片，鋰離子電芯包括依次疊置并卷繞的正極片、第一隔膜，負極片和第二隔膜，所述的正極片為本申請?zhí)峁┑恼龢O片。
實施例四
一種正極片，該正極片包括鋁箔和設(shè)在鋁箔表面的正極活性材料；所述的正極活性材料包含下列原料按照重量份數(shù)制成：正極材料96份、氣相生長炭纖維2份、聚偏氟乙烯2份和n-甲基吡咯烷酮30份；所述的正極材料的化學式為：li4ni4.7co0.2y0.1o8；x＝0.1。
一種正極片的制備方法，包括如下步驟：
步驟一：將鎳鹽水溶液、鈷鹽水溶液、釔鹽水溶液混合均勻后，制成混合溶液；
步驟二：將步驟一中所述的混合溶液放置在反應容器內(nèi)，加入氨水和強堿的混合液，使反應液進行共沉淀反應；所述的反應液的ph值為11～12；
步驟三：對步驟二中共沉淀反應結(jié)束后的沉淀物進行洗滌烘干，烘干后的沉淀物中加入鋰鹽在球磨機內(nèi)高速混合；所述的高速混合的轉(zhuǎn)速200～1000rpm，球料比為9∶1，球磨時間10h；
步驟四：步驟三中球磨機內(nèi)高速混合后的混合物經(jīng)高溫焙燒24小時，靜置室溫后經(jīng)粉碎過篩，制成正極材料；所述的高溫焙燒的溫度為800～1100℃，所述粉碎過篩的篩網(wǎng)為100～400目；
步驟五：將步驟四中所述的正極材料、氣相生長炭纖維、聚偏氟乙烯和n-甲基吡咯烷酮放置在行星式高速分散裝置內(nèi)分散均勻后，均勻涂布于鋁箔上，經(jīng)輥壓后制得正極片；所述的鋁箔的厚度為12μm，所述的正極片厚度為130μm。
優(yōu)選地，所述的鎳鹽水溶液為醋酸鎳水溶液之一；鈷鹽水溶液為醋酸鈷水溶液之一；釔鹽水溶液為醋酸釔水溶液之一；鎳鹽水溶液中的鎳、鈷鹽水溶液中的鈷與釔鹽水溶液中的釔的摩爾比為5-3x∶2x∶x，所述的x等于0.1。
優(yōu)選地，所述的強堿為氫氧化鈉溶液和氫氧化鋰溶液。
本發(fā)明還提供了一種鋰離子電池，包括鋼殼、鋰離子電芯、分別設(shè)在鋰離子電芯上部和下部的上絕緣片和下絕緣片，鋰離子電芯包括依次疊置并卷繞的正極片、第一隔膜，負極片和第二隔膜，所述的正極片為本申請?zhí)峁┑恼龢O片。
對比例1
與實施例1相比，采用不含y3+的正極材料lini1/3co1/3mn1/3o2，其他采用和實施例1相同。
對比例2
與實施例1相比，采用不含y3+的正極材料lini1/3co1/3mn1/3o2，另外，正極片輥壓厚度為120μm，其余與實施例1相同。
測試方法：
容量：標準大氣壓，環(huán)境溫度25℃±2℃，相對濕度為45％～80％的條件下，以0.2c5a電流充電，當電池端電壓達到充電限制電壓4.5v時，改為恒壓充電，直到充電電流小于或等于0.01c5a后停止充電，擱置10min后，以0.2c5a電流放電，直至電池端電壓為3.0v，并記錄電池的放電容量。
循環(huán)：按上述充放電方法重復測試電池容量100次，并計算第100次放電容量與第1次放電容量值得比。
從上述測試數(shù)據(jù)實施例1、實施例2、實施例3、實施例4與對比例1比較可以看出，本發(fā)明正極材料放電容量大于比較例電池放電容量。
從實施例5和對比例2對比可以看出，正極材料輥壓厚度130μm降到120μm，對電池容量影響不大，而對比例2和對比例1對比，同樣將輥壓厚度從130μm降到120μm，電池容量下降明顯，說明本發(fā)明正極材料結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。從循環(huán)數(shù)據(jù)也可以看出本發(fā)明正極材料循環(huán)性能優(yōu)于對比例，說明鎳鈷釔的在材料晶體中的三元協(xié)同效應優(yōu)于鎳鈷錳。
上文的詳細說明僅僅是針對本發(fā)明的可行性實施方式的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實施方式、變更和改造均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。