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用于锂离子电池的梯度正极的制备方法

434 编辑：北方有色网来源：中国石油大学（华东）

2025-11-11 15:05:35

权利要求

1.一种用于锂离子电池的梯度正极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，

(1)将聚偏二氟乙烯置于溶剂中，搅拌;

(2)将多晶镍钴锰酸锂811粉末、导电碳黑和草酸搅拌混合;

(3)将步骤(1)得到的溶液加入到步骤(2)得到的混合物中，搅拌;

(4)将步骤(3)搅拌后得到的浆料用滤网过滤;

(5)将步骤(4)过滤后得到的浆料涂布在铝箔上;

(6)将步骤(5)涂布后得到的电极极片烘干;

(7)将钽掺杂锂镧锆氧粉末溶解在溶剂中，搅拌;

(8)将步骤(7)得到的浆料涂布在步骤(6)得到的电极极片上;

(9)将步骤(8)得到的电极极片烘干，得到用于锂离子电池的梯度正极。

2.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的梯度正极的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮，聚偏二氟乙烯浓度为0.03～0.04kg/L;搅拌时间为6～24h。

3.根据权利要求1或2所述的用于锂离子电池的梯度正极的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述多晶镍钴锰酸锂811粉末、导电碳黑和草酸的质量比为1.5～1.8：0.02～0.03：0.01～0.02;搅拌混合时间为1～4h。

4.根据权利要求1或2所述的用于锂离子电池的梯度正极的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，搅拌时间1～8h;多晶镍钴锰酸锂811的浓度为1.5～1.8kg/L。

5.根据权利要求1或2所述的用于锂离子电池的梯度正极的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，所述涂布包括采用刮刀式涂布机，铝箔厚度10～20微米。

6.根据权利要求1或2所述的用于锂离子电池的梯度正极的制备方法，其特征在于：步骤(6)中，所述烘干，包括在80℃下烘干，烘干后的电极极片厚度160～180微米。

7.根据权利要求1或2所述的用于锂离子电池的梯度正极的制备方法，其特征在于：步骤(7)中，所述溶剂为N，N-二甲基甲酰胺，钽掺杂锂镧锆氧的浓度为0.2～0.25g/ml。

8.根据权利要求1或2所述的用于锂离子电池的梯度正极的制备方法，其特征在于：步骤(8)中，涂布厚度为20～40微米。

9.根据权利要求1或2所述的用于锂离子电池的梯度正极的制备方法，其特征在于：步骤(9)中，烘干温度为60℃。

说明书

技术领域

[0001]本发明属于锂离子电池用正极制备技术领域，具体涉及一种用于锂离子电池的梯度正极的制备方法。

背景技术

[0002]随着人类社会的快速发展，电力需求与日俱增，能源的多样化发展，特别是太阳能，风能，海洋能等可再生能源的有效利用，逐渐成为人们关注的焦点。然而，可再生能源的不稳定性制约了其大规模发展，因此，发展储能技术是有效调节电压失稳，促进大规模可再生能源发电并入常规电网的必要条件。

[0003]锂离子电池作为新能源汽车和便携式电子设备的核心能源载体，其能量密度和循环寿命已成为产业发展的关键指标。正极材料高镍层状氧化物LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)由于其高镍活性伴随界面副反应加剧、机械应力累积、动力学失衡等显著缺陷。传统陶瓷涂层或均质聚合物包覆虽可部分抑制副反应，但存在明显局限：刚性陶瓷涂层加剧电极脆性，制约柔性电池设计;均质聚合物层(如PVDF、PAA)难以同时兼顾离子导通性与界面屏蔽效能，且增厚涂层会牺牲能量密度。

发明内容

[0004]本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。

[0005]本发明以多晶NCM811作为正极基底层;将固态电解质LLZTO(Li7La3Zr2O12)分散于DM F溶剂，通过辊涂转移式涂布技术在基底层表面形成L LZTO聚合物复合层，60℃低温烘干固化。首创双层梯度结构：底层为NCM811活性材料层，表层为LLZTO强化聚合物层，形成离子电导率/界面稳定性梯度分布;采用分步涂布-差异化烘干策略(底层80℃→表层60℃)，保障界面完整性。LLZTO层有效抑制电解液分解，降低NCM811界面过渡金属溶出;梯度结构协同提升离子导通性(底层)与界面钝化能力(表层);实测电池循环100次后容量保持率>87%，库伦效率≥99.5%。本发明解决了高镍正极界面稳定性与体相完整性的矛盾，为高能量密度锂离子电池提供新方案。

[0006]作为本发明其中一个方面，本发明提供一种用于锂离子电池的梯度正极的制备方法，其包括以下步骤，

[0007](1)将聚偏二氟乙烯置于溶剂中，搅拌;

[0008](2)将多晶镍钴锰酸锂811粉末、导电碳黑和草酸搅拌混合;

[0009](3)将步骤(1)得到的溶液加入到步骤(2)得到的混合物中，搅拌;

[0010](4)将步骤(3)搅拌后得到的浆料用滤网过滤;

[0011](5)将步骤(4)过滤后得到的浆料涂布在铝箔上;

[0012](6)将步骤(5)涂布后得到的电极极片烘干;

[0013](7)将钽掺杂锂镧锆氧粉末溶解在溶剂中，搅拌;

[0014](8)将步骤(7)得到的浆料涂布在步骤(6)得到的电极极片上;

[0015](9)将步骤(8)得到的电极极片烘干，得到用于锂离子电池的梯度正极。

[0016]作为本发明所述的用于锂离子电池的梯度正极的制备方法的一种优选方案：步骤(1)中，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮，聚偏二氟乙烯浓度为0.03～0.04kg/L;搅拌时间为6～24h。

[0017]作为本发明所述的用于锂离子电池的梯度正极的制备方法的一种优选方案：步骤(2)中，所述多晶镍钴锰酸锂811粉末、导电碳黑和草酸的质量比为1.5～1.8：0.02～0.03：0.01～0.02;搅拌混合时间为1～4h。

[0018]作为本发明所述的用于锂离子电池的梯度正极的制备方法的一种优选方案：步骤(3)中，搅拌时间1～8h;多晶镍钴锰酸锂811的浓度为1.5～1.8kg/L。

[0019]作为本发明所述的用于锂离子电池的梯度正极的制备方法的一种优选方案：步骤(5)中，所述涂布包括采用刮刀式涂布机，铝箔厚度10～20微米。

[0020]作为本发明所述的用于锂离子电池的梯度正极的制备方法的一种优选方案：步骤(6)中，所述烘干，包括在80℃下烘干，烘干后的电极极片厚度160～180微米。

[0021]作为本发明所述的用于锂离子电池的梯度正极的制备方法的一种优选方案：步骤(7)中，所述溶剂为N，N-二甲基甲酰胺，钽掺杂锂镧锆氧的浓度为0.2～0.25g/ml。

[0022]作为本发明所述的用于锂离子电池的梯度正极的制备方法的一种优选方案：步骤(8)中，涂布厚度为20～40微米。

[0023]作为本发明所述的用于锂离子电池的梯度正极的制备方法的一种优选方案：步骤(9)中，烘干温度为60℃。

[0024]本发明的有益效果：本发明提出一种梯度化聚合物涂层策略：通过在正极极片表面构建聚合物组分厚度呈梯度分布的功能层，实现″表界面强化-体相保护″的协同调控。该结构在近集流体侧维持高离子渗透性，近电解液侧则强化钝化能力，从根源上破解高镍正极的界面稳定性与体相结构完整性矛盾。使电池实现一个良好的循环性能和倍率性能，是非常理想的锂离子电池正极材料。

附图说明

[0025]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，其中：

[0026]图1为电化学性能测试图。

具体实施方式

[0027]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

[0028]实施例1：

[0029]用于锂离子电池正极侧的梯度正极，包括以下原料组分：多晶镍钴锰酸锂811粉末，导电碳黑，草酸，聚偏二氟乙烯(PVDF);作为优选地，溶剂为N-甲基吡咯烷酮。

[0030]用于锂离子电池正极侧的梯度正极的制备方法包括以下步骤：

[0031]步骤1：取0.0355kg聚偏二氟乙烯置于1L N-甲基吡咯烷酮中，室温搅拌12h;

[0032]步骤2：取1.663kg多晶镍钴锰酸锂811粉末，0.023kg导电碳黑，0.0124kg草酸加入到搅拌机中室温干混2h，搅拌速度30r/min;

[0033]步骤3：将步骤1得到的溶液加入到步骤2得到的产物中，置于搅拌机中混合4h，搅拌速度30r/min;

[0034]步骤4：将步骤3获得的浆料过150目滤网;

[0035]步骤5：将步骤4获得浆料置于刮刀式涂布机，集流体使用14um铝箔进行刮刀式涂布;

[0036]步骤6：将步骤5获得正极极片80℃下鼓风烘干，厚度180um;

[0037]步骤7：取100g的钽掺杂锂镧锆氧(LLZTO)粉末，溶解在500ml DM F溶剂中，室温搅拌1h;

[0038]步骤8：将步骤7获得浆料置于辊涂转移式涂布机，对步骤6获得正极极片进行转移式涂布，厚度20um;

[0039]步骤9：将步骤8获得极片60℃下鼓风烘干，得到梯度正极极片。

[0040]本发明合成主要分为两步，首先以多晶镍钴锰酸锂811为主要原料，导电碳黑为导电剂，草酸为添加剂，聚偏二氟乙烯为粘结剂，制备了镍钴锰酸锂811正极极片;然后将石榴石型固态电解质分散在DM F溶剂中，均匀涂覆在第一步的极片上，获得梯度正极极片，可以有效的提升正极的循环稳定性。

[0041]电化学性能分析：

[0042]对梯度正极和空白对照正极分别组装9.5Ah软包电池，对其循环性能进行了表征。在0.5C的电流密度下，实施例1梯度正极的初始放电容量为9.46Ah，横流充放电循环200圈后仍有8.24Ah的容量，容量保持率为87.1%，而使用空白正极的软包电池的初始放电容量为8.55Ah，横流充放电循环200圈后容量保持率已低于50%，说明该梯度正极具有良好的电化学稳定性。

[0043]本发明涉及一种用于锂离子电池正极侧的梯度正极，本发明以较简单的工艺实现了材料的制备。本发明首创双层梯度结构：底层为NCM811活性材料层，表层为L LZTO强化聚合物层，形成离子电导率/界面稳定性梯度分布;采用分步涂布-差异化烘干策略(底层80℃→表层60℃)，避免LLZTO高温分解，保障界面完整性。LLZTO层有效抑制电解液分解，降低NCM811界面过渡金属溶出;梯度结构协同提升离子导通性(底层)与界面钝化能力(表层);实测电池循环100次后容量保持率>87%，库伦效率≥99.5%。本发明解决了高镍正极界面稳定性与体相完整性的矛盾，为高能量密度锂离子电池提供新方案。

[0044]应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

说明书附图(1)