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CN108155384B - 一种无机粘结剂锂离子电池 - Google Patents

一种无机粘结剂锂离子电池 Download PDF

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CN108155384B
CN108155384B CN201711405103.6A CN201711405103A CN108155384B CN 108155384 B CN108155384 B CN 108155384B CN 201711405103 A CN201711405103 A CN 201711405103A CN 108155384 B CN108155384 B CN 108155384B
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夏永高
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Ningbo Fuli Battery Material Technology Co Ltd
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Ningbo Fuli Battery Material Technology Co Ltd
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Abstract

本发明属于电池领域，尤其涉及一种无机粘结剂锂离子电池。本发明提供的锂离子电池的正极包括集流体和涂覆在所述集流体上的活性物质层；所述活性物质层包括正极活性材料、导电剂和粘结剂；所述粘结剂包括硅酸钠和硅酸锂的混合物。本发明提供的锂离子电池采用无机硅酸盐作为正极活性材料的粘结剂，可使电池具有良好的循环稳定性，大大延长了电池的使用寿命。而且无机硅酸盐可溶于水，因此在制备电池时可避免使用有机溶剂，从而消除了使用有机溶剂制备电池时存在的安全隐患和环境污染。

Description

一种无机粘结剂锂离子电池
技术领域
本发明属于电池领域，尤其涉及一种无机粘结剂锂离子电池。
背景技术
锂离子电池具有无记忆效应、高安全性、高比能量、自放电率低等优点，广泛应用于移动设备，笔记本电脑和手机通信领域，并且非常适合用于混合动力汽车、电动汽车领域。
粘结剂是锂离子电池正极的重要组成部分，其主要作用是结合正极活性材料、导电剂和集流体，稳定极片结构，以缓冲电池充放电过程中的体积变化，维持电极结构稳定，确保电极材料能够重复的脱嵌锂。粘结剂失效会导致电池正极不同组分之间失去导电连接，部分正极活性材料颗粒被绝缘，无法参与充放电，导致电池电化学性能下降。因此，选择一款合适的粘结剂至关重要。
目前，在锂离子电池工业化生产中，常用的粘结剂为有机溶剂型聚偏氟乙烯PVDF，如PVDF的N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液。但使用该粘结剂制备的锂离子电池的循环稳定性还有待提高，而且机溶剂NMP易挥发、毒性大以及易燃易爆，严重污染环境，危害生产车间操作人员的身体健康。因此，为满足绿色工业发展趋势，寻求可以替代有机溶剂型PVDF的新型绿色粘结剂具有重要而深远的意义。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种无机粘结剂锂离子电池，本发明提供的锂离子电池无需使用有机溶剂型PVDF作为黏结剂，且具有更为优异的循环稳定性。
本发明提供了一种锂离子电池，其正极包括集流体和涂覆在所述集流体上的活性物质层；
所述活性物质层包括正极活性材料、导电剂和粘结剂；
所述粘结剂包括硅酸钠和硅酸锂的混合物。
优选的，所述硅酸钠和硅酸锂的混合物的通式如式(I)所示：
(Na1-XLiX)2O·nSiO2 式(I)；
式(I)中，0.1≤x≤0.5，n为1、2或3。
优选的，所述硅酸钠和硅酸锂的混合物按照以下方法制备得到：
二氧化硅、碳酸锂和碳酸钠混合后进行烧结，得到硅酸钠和硅酸锂的混合物。
优选的，所述正极活性材料包括LiNi0.5Mn1.5O4、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2、LiMn2O4、LiFePO4、LiCoO2、Li(NiCoMn)O2、Li[Li0.144Ni0.136Co0.136Mn0.544]O2和LiFeO4中的一种或多种。
优选的，所述导电剂包括石墨、乙炔黑、导电石墨、石墨烯、碳纤维、碳纳米管和科琴黑中的一种或多种。
优选的，所述活性物质层中正极活性材料、导电剂和粘结剂的质量比为(60～100)：(1～20)：(1～20)。
优选的，所述活性物质层中正极活性材料、导电剂和粘结剂的质量比为(75～85)：(5～10)：(5～10)。
优选的，所述活性物质层的厚度为20～30μm。
优选的，所述集流体包括铝箔或铜箔。
优选的，所述正极按照以下方法制备得到：
将正极活性材料、导电剂、粘结剂和溶剂混合，得到活性物质浆料；将所述活性物质浆料涂覆在集流体上，干燥，得到正极。
本发明提供了硅酸钠和硅酸锂的混合物作为粘结剂在制备锂离子电池正极中的应用。
与现有技术相比，本发明提供了一种无机粘结剂锂离子电池。本发明提供的锂离子电池的正极包括集流体和涂覆在所述集流体上的活性物质层；所述活性物质层包括正极活性材料、导电剂和粘结剂；所述粘结剂包括硅酸钠和硅酸锂的混合物。本发明提供的锂离子电池采用无机硅酸盐作为正极活性材料的粘结剂，可使电池具有良好的循环稳定性，大大延长了电池的使用寿命。而且无机硅酸盐可溶于水，因此在制备电池时可避免使用有机溶剂，从而消除了使用有机溶剂制备电池时存在的安全隐患和环境污染。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1制备的扣式电池首圈充放电性能图；
图2为本发明实施例1与对比例制备的扣式电池充放电循环性能对比图；
图3为本发明实施例1和实施例2制备的扣式电池的倍率放电性能对比图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种锂离子电池，其正极包括集流体和涂覆在所述集流体上的活性物质层；
所述活性物质层包括正极活性材料、导电剂和粘结剂；
所述粘结剂包括硅酸钠和硅酸锂的混合物。
本发明提供的锂离子电池包括正极、负极、介于正极和负极之间的隔膜和电解液。其中，所述正极包括集流体和涂覆在所述集流体上的活性物质层。在本发明中，所述集流体包括但不限于铝箔或铜箔；所述集流体的厚度优选为12～17μm，具体可为15μm。
在本发明中，所述正极的活性物质层包括正极活性材料、导电剂和粘结剂；所述正极活性材料包括LiMn2O4、LiFePO4、LiCoO2、LiNi0.5Mn1.5O4、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2、Li(NiCoMn)O2、Li[Li0.144Ni0.136Co0.136Mn0.544]O2和LiFeO4中的一种或多种；所述Li(NiCoMn)O2优选型号为NCM811、NCM622、NCM523、NCM433和NCM333的三元材料中的一种或多种。
在本发明中，活性物质层中的所述导电剂包括但不限于石墨、乙炔黑、导电石墨、石墨烯、碳纤维、碳纳米管和科琴黑中的一种或多种；所述石墨优选型号为KS-6、KS-15、SFG-6、SFG-6中的一种或多种；所述导电石墨优选为Super P和/或Super S。
在本发明中，活性物质层中的所述粘结剂包括硅酸钠和硅酸锂的混合物，所述硅酸钠和硅酸锂的混合物的通式如式(I)所示：(Na1-XLiX)2O·nSiO2式(I)；式(I)中，0.1≤x≤0.5，x具体可为0.1、0.2、0.3、0.4或0.5，n为1、2或3。在本发明提供的一个实施例中，所述硅酸钠和硅酸锂的混合物具体可为(Na0.5Li0.5)2O·SiO2、(Na0.8Li0.2)2O·SiO2、(Na0.6Li0.4)2O·2SiO2、(Na0.6Li0.4)2O·3SiO2、(Na0.9Li0.1)2O·1SiO2、(Na0.7Li0.3)2O·2SiO2、(Na0.5Li0.5)2O·2SiO2、(Na0.8Li0.2)2O·3SiO2或(Na0.9Li0.1)2O·3SiO2。在本发明中，所述硅酸钠和硅酸锂的混合物可以按照以下方法制备得到：
二氧化硅、碳酸锂和碳酸钠混合后进行烧结，得到硅酸钠和硅酸锂的混合物。
在本发明提供的上述硅酸钠和硅酸锂的混合物的制备方法中，对二氧化硅、碳酸锂和碳酸钠的用量比例没有特别限定，本领域技术人员根据想要获得的硅酸钠和硅酸锂混合物的化学式，合理选择用量比例即可；所述二氧化硅、碳酸锂和碳酸钠混合的方式优选为球磨；所述烧结的温度优选为1000～1250℃，具体可为1000℃、1050℃、1100℃、1150℃、1200℃或1250℃；所述烧结的时间优选为12～15h，具体可为12h、13h、14h或15h。烧结完毕后，进行粉碎，即可得到本发明的硅酸钠和硅酸锂的混合物。
在本发明中，活性物质层中所述正极活性材料、导电剂和粘结剂质量比优选为(60～100)：(1～20)：(1～20)，更优选为(75～85)：(5～10)：(5～10)，具体可为80:10:10、90:5:5、70:15:15、80:15:15、60:20:20、85:10:5、75:15:10、70:20:10、90:7:3或75:12.5:12.5。在本发明中，所述活性物质层的厚度优选为20～30μm，更优选为22～26μm，具体可为22μm、23μm、24μm、25μm或26μm。
在本发明中，所述正极可以按照以下方法制备得到：
将正极活性材料、导电剂、粘结剂和溶剂混合，得到活性物质浆料；将所述活性物质浆料涂覆在集流体上，干燥，得到正极。
在本发明提供的上述正极的制备方法中，所述溶剂优选为水；所述粘结剂优选占粘结剂和溶剂总质量的0.1％～10％，更优选为0.6％～8％，最优选为1％～6％，最最优选为2％～4％，具体可为2％、2.5％或3％；所述混合的方式优选为先将粘结剂和溶剂混合得到粘结剂溶液，再将正极活性材料、导电剂和粘结剂溶液混合；所述干燥的方式优选为烘干；所述烘干的温度优选为40～120℃，更优选为80～100℃。
本发明对所述负极的选择没有特殊要求，采用本领域公知的可用于锂离子电池的负极均可；在本发明提供的一个实施例中，所述负极为锂片。
本发明对所述隔膜的选择没有特殊要求，采用本领域公知的可用于锂离子电池的隔膜均可；在本发明提供的一个实施例中，所述隔膜为聚丙烯微孔膜Celgard2400。
本发明对所述电解液的选择没有特殊要求，采用本领域公知的可用于锂离子电池的电解液均可；在本发明提供的一个实施例中，所述电解液为1M的LiPF6溶液，溶剂为体积比1:1的碳酸乙烯酯(EC)和二甲基碳酸酯(DMC)的混合液。
本发明对所提供的锂离子电池的制备方法没有特别限定，采用本领域技术人员公知的组装方式将正极、负极、隔膜和电解液组装成锂离子电池即可。
本发明提供的锂离子电池采用无机硅酸盐作为正极活性材料的粘结剂，可使电池具有良好的循环稳定性，大大延长了电池的使用寿命。而且无机硅酸盐可溶于水，因此在制备电池时可避免使用有机溶剂，从而消除了使用有机溶剂制备电池时存在的安全隐患和环境污染。
本发明还提供了硅酸钠和硅酸锂的混合物作为粘结剂在制备锂离子电池正极中的应用。在本发明提供的应用中，采用无机硅酸盐作为正极活性材料的粘结剂，可是电池具有良好的循环稳定性，大大延长了电池的使用寿命。而且无机硅酸盐可溶于水，因此在制备电池时可避免使用有机溶剂，从而消除了使用有机溶剂制备电池时存在的安全隐患和环境污染。
为更清楚起见，下面通过以下实施例进行详细说明。
实施例1
在本实施例中，锂离子电池正极活性材料粘结剂采用硅酸钠和硅酸锂的混合物(Na0.5Li0.5)2O·SiO2，使用该粘结剂的锂离子电池正极包括集流体铝箔以及涂覆在该集流体铝箔表面的活性物质层，该活性物质层包括富锂锰基正极活性材料Li[Li0.144Ni0.136Co0.136Mn0.544]O2、导电剂Super P和粘结剂(Na0.5Li0.5)2O·SiO2，该锂离子电池正极的制备方法包括以下步骤：
将二氧化硅、碳酸锂和碳酸钠按1：1：1摩尔比固相混合，在1200℃下烧结13h，粉碎，得到粘结剂(Na0.5Li0.5)2O·SiO2。将粘结剂和水混合得到质量溶度为2.5％的(Na0.5Li0.5)2O·SiO2水溶液，按照富锂锰基正极活性材料Li[Li0.144Ni0.136Co0.136Mn0.544]O2、导电剂Super P和粘结剂(Na0.5Li0.5)2O·SiO2质量比80:10:10将富锂锰基正极活性材料、导电剂和粘结剂水溶液配制成活性物质浆料。将所配制的活性物质浆料经真空脱泡后均匀涂覆在15μm的Al箔上，在80℃下真空干燥12h，形成23μm活性物质层，再经辊压、分切后，得到锂离子电池正极。
将干燥的上述正极片移到手套箱中，以锂片作为负极，聚丙烯微孔膜Celgard2400作为隔膜，1MLiPF6/[碳酸乙烯酯(EC)+二甲基碳酸酯(DMC)体积比1∶1]作为电解液，组装2025扣式电池。
在25℃测试温度、电压范围为2.0～4.8V、0.1C(30mA/g)充放电电流密度下，测试本发明实施例1制备得到扣式电池的首圈充放电性能，测试结果如图1所示，图1为本发明实施例1所得扣式电池首圈充放电性能图。
在25℃测试温度、电压范围为2.0～4.8V、0.1C和0.2C充放电电流密度下，测试本发明实施例1制备得到扣式电池的充放电循环性能，测试结果如图2所示，图2为本发明实施例1与对比例制备的扣式电池充放电循环性能对比图。通过图2可以看出，本实施例提供的扣式电池在充放电循环100圈后，0.2C放电比容量仍高达264.6mA.h/g，表现出良好的循环稳定性。
在25℃测试温度、电压范围2.0～4.8V下测试本发明实施例1制备的扣式电池的倍率放电性能，结果如图3所示，图3为本发明实施例1和实施例2制备的扣式电池的倍率放电性能对比图。通过图3可以看出，本实施例提供的扣式电池表现出优良的倍率性能。
对比例
对比例实施例中，锂离子电池正极活性材料使用的粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)。使用上述粘结剂的锂离子电池正极与上述实施例1中的正极活性材料和导电剂相同，制备方法也与上述实施例1中的制备方法相同。
将PVDF和N-甲基吡咯烷酮(NMP)混合得到质量溶度为2.5％的PVDF的NMP溶液，按照富锂锰基正极活性材料Li[Li0.144Ni0.136Co0.136Mn0.544]O2，Super P和PVDF质量比80:10:10将富锂锰基正极活性材料、导电剂和粘结剂溶液配制成活性物质浆料。将所配制活性物质浆料经真空脱泡后均匀涂覆在15μm的铝箔上，在80℃下真空干燥12h，形成23μm活性物质层，经辊压、分切后得到锂离子电池正极。
将干燥的上述正极片移到手套箱中，以锂片作为负极，聚丙烯微孔膜Celgard2400作为隔膜，1MLiPF6/[碳酸乙烯酯(EC)+二甲基碳酸酯(DMC)体积比1∶1]作为电解液，组装2025扣式电池。
在25℃测试温度、电压范围2.0～4.8V、0.1C和0.2C充放电电流密度下，测试本发明对比例制备得到的扣式电池的充放电循环性能，测试结果如图2所示。图2为本发明实施例1与对比例制备的扣式电池充放电循环性能对比图。由图2可知，充放电循环100圈后，对比例制备的扣式电池的0.2C倍率放电比容量只有197.1mA.h/g，远低于实施例1。实验表明，使用硅酸钠和硅酸锂的混合物作为粘结剂可使锂离子电池的循环稳定性明显提高，大大延长了电池的使用寿命。
实施例2
本实施例中，锂离子电池正极活性材料粘结剂采用硅酸钠和硅酸锂的混合物(Na0.8Li0.2)2O·SiO2，使用该粘结剂的锂离子电池正极包括集流体铝箔以及涂覆在该集流体铝箔表面的活性物质层，该活性物质层包括富锂正极活性材料Li[Li0.144Ni0.136Co0.136Mn0.544]O2、导电剂Super P和粘结剂(Na0.8Li0.2)2O·SiO2，该锂离子电池正极的制备方法包括以下步骤：
将二氧化硅、碳酸锂和碳酸钠按5：2：8摩尔比固相混合，在1250℃下烧结15h，粉碎，得到粘结剂(Na0.8Li0.2)2O·SiO2。将粘结剂和水混合得到质量溶度为15％的(Na0.8Li0.2)2O·SiO2水溶液，按照富锂锰基正极活性材料Li[Li0.144Ni0.136Co0.136Mn0.544]O2、Super P和粘结剂质量比90:5:5将富锂锰基正极活性材料、导电剂和粘结剂水溶液配制成活性物质浆料。将所配制活性物质浆料经真空脱泡后均匀涂覆在15μm的铝箔上，在80℃下真空干燥12h形成23μm活性物质层，再经辊压、分切后得到锂离子电池正极。
将干燥的上述正极片移到手套箱中，以锂片作为负极，聚丙烯微孔膜Celgard2400作为隔膜，1MLiPF6/[碳酸乙烯酯(EC)+二甲基碳酸酯(DMC)体积比1：1]作为电解液，组装2025扣式电池。
在25℃测试温度、电压范围2.0～4.8V、0.1C(30mA/g)充放电电流密度下，测试本发明实施例2制备得到的扣式电池的充放电循环性能，在充放电循环50圈后，放电比容量仍高达260.8Ma.h/g，表明使用(Na0.8Li0.2)2O·SiO2作为Li[Li0.144Ni0.136Co0.136Mn0.544]O2正极活性材料粘结剂的锂离子电池表现出良好的循环稳定性。
在25℃测试温度、电压范围2.0～4.8V下测试本发明实施例2制备的扣式电池的倍率放电性能，结果如图3所示，图3为本发明实施例1和实施例2制备的扣式电池的倍率放电性能对比图。通过图3可以看出，本实施例提供的扣式电池表现出优良的倍率性能。
实施例3
本实施例中，锂离子电池正极活性材料粘结剂采用硅酸钠和硅酸锂的混合物(Na0.6Li0.4)2O·2SiO2，使用该粘结剂的锂离子电池正极包括集流体铝箔以及涂覆在该集流体铝箔表面的活性物质层，该活性物质层包括富锂正极活性材料Li[Li0.144Ni0.136Co0.136Mn0.544]O2、导电剂Super P和粘结剂(Na0.6Li0.4)2O·2SiO2，该锂离子电池正极的制备方法包括以下步骤：
将二氧化硅、碳酸锂和碳酸钠按5：4：3摩尔比固相混合，在1200℃下烧结14h，粉碎，，得到粘结剂(Na0.6Li0.4)2O·2SiO2。将粘结剂和水混合得到质量溶度为2％的(Na0.6Li0.4)2O·2SiO2水溶液，按照富锂锰基正极活性材料Li[Li0.144Ni0.136Co0.136Mn0.544]O2、Super P和粘结剂质量比70:15:15将富锂锰基正极活性材料、导电剂和粘结剂水溶液配制成活性物质浆料。将所配制活性物质浆料经真空脱泡后均匀涂覆在15μm的铝箔上，在80℃下真空干燥12h，形成22μm活性物质层，再经辊压、分切后得到锂离子电池正极。
将干燥的上述正极片移到手套箱中，以锂片作为负极，聚丙烯微孔膜Celgard2400作为隔膜，1MLiPF6/[碳酸乙烯酯(EC)+二甲基碳酸酯(DMC)体积比1：1]作为电解液，组装2025扣式电池。
在25℃测试温度、电压范围2.0～4.8V、0.1C(30mA/g)充放电电流密度下，测试本发明实施例3制备得到的扣式电池的充放电循环性能，在充放电循环50圈后，放电比容量仍高达254.6mA.h/g，表明使用(Na0.6Li0.4)2O·2SiO2作为Li[Li0.144Ni0.136Co0.136Mn0.544]O2正极活性材料粘结剂的锂离子电池表现出良好的循环稳定性。
实施例4
本实施例中，锂离子电池正极活性材料粘结剂采用硅酸钠和硅酸锂的混合物(Na0.6Li0.4)2O·3SiO2，使用该粘结剂的锂离子电池正极包括集流体铝箔以及涂覆在该集流体铝箔表面的活性物质层，该活性物质层包括富锂正极活性材料Li[Li0.144Ni0.136Co0.136Mn0.544]O2、导电剂Super P和粘结剂(Na0.6Li0.4)2O·3SiO2，该锂离子电池正极的制备方法包括以下步骤:
将将二氧化硅、碳酸锂和碳酸钠按15：6：4摩尔比固相混合，在1200℃下烧结12h，粉碎，得到粘结剂(Na0.6Li0.4)2O·3SiO2。将粘结剂和水混合得到质量溶度为3％的(Na0.6Li0.4)2O·3SiO2水溶液，按照富锂锰基正极活性材料Li[Li0.144Ni0.136Co0.136Mn0.544]O2，Super P和粘结剂质量比60:20:20将富锂锰基正极活性材料、导电剂和粘结剂水溶液配制成活性物质浆料。将所配制活性物质浆料经真空脱泡后均匀涂覆在15μm的铝箔上，在80℃下真空干燥12h，形成23μm活性物质层，再经辊压、分切后得到锂离子电池正极。
将干燥的上述正极片移到手套箱中，以锂片作为负极，聚丙烯微孔膜Celgard2400作为隔膜，1MLiPF6/[碳酸乙烯酯(EC)+二甲基碳酸酯(DMC)体积比1：1]作为电解液，组装2025扣式电池。
在25℃测试温度、电压范围2.0～4.8V、0.1C(30mA/g)充放电电流密度下，测试本发明对比实施例4制备得到的扣式电池的充放电循环性能，在充放电循环50圈后，放电比容量仍高达246.2mA.h/g，表明使用(Na0.6Li0.4)2O·3SiO2作为Li[Li0.144Ni0.136Co0.136Mn0.544]O2正极活性材料粘结剂的锂离子电池表现出良好的循环稳定性。
实施例5
本实施例中，锂离子电池正极活性材料粘结剂(Na0.9Li0.1)2O·1SiO2，使用该粘结剂的锂离子电池正极包括集流体铝箔以及涂覆在该集流体铝箔表面的活性物质层，该活性物质层包括正极活性材料(LiMn2O4)、导电剂KS-6和粘结剂(Na0.9Li0.1)2O·1SiO2，该锂离子电池正极的制备方法包括以下步骤：
将将二氧化硅、碳酸锂和碳酸钠按5：9：1摩尔比固相混合，在1200℃下烧结13h，粉碎，得到粘结剂(Na0.9Li0.1)2O·1SiO2。将粘结剂和水混合得到质量溶度为2％的(Na0.9Li0.1)2O·1SiO2水溶液，按照锰酸锂正极活性材料，KS-6和粘结剂质量比85：10：5将正极活性材料、导电剂和粘结剂水溶液配制成活性物质浆料。将所配制活性物质浆料经真空脱泡后均匀涂覆在15μm的铝箔上，在90℃下真空干燥12h，形成23μm活性物质层，再经辊压、分切后得到锂离子电池正极。
将干燥的极片移到手套箱中，以锂片作为负极，聚丙烯微孔膜Celgard2400作为隔膜，1MLiPF6/[碳酸乙烯酯(EC)+二甲基碳酸酯(DMC)体积比1：1]作为电解液，组装2025扣式电池。
在25℃测试温度、电压范围3.0～4.4V、10C充电电流密度、1C放电电流密度条件下，测试本发明实施例5制备得到的扣式电池的充放电循环性能，结果显示，使用(Na0.9Li0.1)2O·1SiO2作为LiMn2O4正极活性材料粘结剂的锂离子电池在充放电循环300圈后，容量保持率为92％，表现出良好的循环稳定性。此外，本实施例中的粘结剂以水作为溶剂，大大减少了有机溶剂的使用，进而减少了对环境和人体的危害。
实施例6
本实施例中，锂离子电池正极活性材料粘结剂(Na0.7Li0.3)2O·2SiO2，使用该粘结剂的锂离子电池正极包括集流体铝箔以及涂覆在该集流体铝箔表面的活性物质层，该活性物质层包括正极活性材料(LiFeO4)、导电剂Super P和粘结剂(Na0.7Li0.3)2O·2SiO2，该锂离子电池正极的制备方法包括以下步骤：
将二氧化硅、碳酸锂和碳酸钠按10：3：7摩尔比固相混合，在1200℃下烧结13h，粉碎，得到粘结剂(Na0.7Li0.3)2O·2SiO2。将粘结剂和水混合得到质量溶度为3％的(Na0.7Li0.3)2O·2SiO2水溶液，按照LiFeO4正极活性材料、导电剂Super P和粘结剂硅酸钠质量比75：15：10将正极活性材料、导电剂和粘结剂水溶液配制成活性物质浆料。将所配制活性物质浆料经真空脱泡后均匀涂覆在15μm的铝箔上，在100℃下真空干燥12h，形成26μm活性物质层，再经辊压、分切后得到锂离子电池正极。
将干燥的上述正极片移到手套箱中，以锂片作为负极，聚丙烯微孔膜Celgard2400作为隔膜，1M LiPF6/[碳酸乙烯酯(EC)+二甲基碳酸酯(DMC)体积比1：1]作为电解液，组装2025扣式电池。
在25℃测试温度、电压范围3.0～4.4V、2C充电电流密度、10C放电电流密度条件下，测试本发明实施例6制备得到的扣式电池的充放电循环性能，结果显示，使用(Na0.7Li0.3)2O·2SiO2作为LiFeO4正极活性材料粘结剂的锂离子电池在充放电循环400圈后，容量保持率为85％，表现出良好的循环稳定性。此外，本实施例中的粘结剂以水作为溶剂，大大减少了有机溶剂的使用，进而减少了对环境和人体的危害。
实施例7
本实施例中，锂离子电池正极活性材料粘结剂(Na0.5Li0.5)2O·2SiO2，使用该粘结剂的锂离子电池正极包括集流体铝箔以及涂覆在该集流体铝箔表面的活性物质层，该活性物质层包括LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(NCA)正极活性材料、导电剂Super P和粘结剂(Na0.5Li0.5)2O·2SiO2，该锂离子电池正极的制备方法包括以下步骤：
将二氧化硅、碳酸锂和碳酸钠按2：1：1摩尔比固相混合，在1185℃下烧结13h，粉碎，得到粘结剂(Na0.5Li0.5)2O·2SiO2。将粘结剂和水混合得到质量溶度为3％的(Na0.5Li0.5)2O·2SiO2水溶液，按照LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(NCA)正极活性材料，Super P和粘结剂(Na0.5Li0.5)2O·2SiO2质量比80:15:5将正极活性材料、导电剂和粘结剂水溶液配制成活性物质浆料。将所配制活性物质浆料经真空脱泡后均匀涂覆在15μm的铝箔上，在110℃下真空干燥12h，形成25μm的活性物质层，再经辊压、分切后得到锂离子电池正极。
将干燥的上述正极片移到手套箱中，以锂片作为负极，聚丙烯微孔膜Celgard2400作为隔膜，1M LiPF6/[碳酸乙烯酯(EC)+二甲基碳酸酯(DMC)体积比1：1]作为电解液，组装2025扣式电池。
在25℃测试温度、电压范围3.0～4.4V、10C充电电流密度、1C放电电流密度条件下，测试本发明实施例7制备得到的扣式电池的充放电循环性能，结果显示，使用(Na0.5Li0.5)2O·2SiO2作为NCA正极活性材料粘结剂的锂离子电池在充放电循环100圈后，容量保持率为97％，表现出良好的循环稳定性。此外，本实施例中的粘结剂以水作为溶剂，大大减少了有机溶剂的使用，进而减少了对环境和人体的危害。
实施例8
本实施例中，锂离子电池正极活性材料粘结剂(Na0.8Li0.2)2O·3SiO2，使用该粘结剂的锂离子电池正极包括集流体铝箔以及涂覆在该集流体铝箔表面的活性物质层，该活性物质层包括三元正极活性材料NCM523、导电剂Super P和粘结剂(Na0.8Li0.2)2O·3SiO2，该锂离子电池正极的制备方法包括以下步骤：
将二氧化硅、碳酸锂和碳酸钠按15：2：4摩尔比固相混合，在1130℃下烧结15h，粉碎，，得到粘结剂(Na0.8Li0.2)2O·3SiO2。将粘结剂和水混合得到质量溶度为3％的(Na0.8Li0.2)2O·3SiO2水溶液，按照三元正极活性材料NCM523，Super P和粘结剂质量比70:20:10将正极活性材料、导电剂和粘结剂水溶液配制成活性物质浆料。将所配制活性物质浆料经真空脱泡后均匀涂覆在15μm的铝箔上，在80℃下真空干燥12h，形成22μm活性物质层，再经辊压、分切后得到锂离子电池正极。
将干燥的上述正极片移到手套箱中，以锂片作为负极，聚丙烯微孔膜Celgard2400作为隔膜，1M LiPF6/[碳酸乙烯酯(EC)+二甲基碳酸酯(DMC)体积比1：1]作为电解液，组装2025扣式电池。
在25℃测试温度、电压范围3.0～4.4V、10C充电电流密度、1C放电电流密度条件下，测试本发明实施例8制备得到的扣式电池的充放电循环性能，结果显示，使用(Na0.8Li0.2)2O·3SiO2作为NCM523正极活性材料粘结剂的锂离子电池在充放电循环100圈后，容量保持率为83％，表现出良好的循环稳定性。此外，本实施例中的粘结剂以水作为溶剂，大大减少了有机溶剂的使用，进而减少了对环境和人体的危害。
实施例9
本实施例中，锂离子电池正极活性材料粘结剂(Na0.9Li0.1)2O·3SiO2，使用该粘结剂的锂离子电池正极包括集流体铝箔以及涂覆在该集流体铝箔表面的活性物质层，该活性物质层包括尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4正极活性材料、导电剂Super P和粘结剂(Na0.9Li0.1)2O·3SiO2，该锂离子电池正极的制备方法包括以下步骤：
将二氧化硅、碳酸锂和碳酸钠按15：1：9摩尔比固相混合，在1250℃下烧结15h，粉碎，得到粘结剂(Na0.9Li0.1)2O·3SiO2。将粘结剂和水混合得到质量溶度为2.5％的(Na0.9Li0.1)2O·3SiO2水溶液，按照尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4正极活性材料、Super P和粘结剂质量比90:7:3将正极活性材料、导电剂和粘结剂水溶液配制成活性物质浆料。将所配制活性物质浆料经真空脱泡后均匀涂覆在15μm的铝箔上，在80℃下真空干燥12h，形成24μm活性物质层，再经辊压、分切后得到锂离子电池正极。
将干燥的上述正极片移到手套箱中，以锂片作为负极，聚丙烯微孔膜Celgard2400作为隔膜，1MLiPF6/[碳酸乙烯酯(EC)+二甲基碳酸酯(DMC)体积比1：1]作为电解液，组装2025扣式电池。
在25℃测试温度、电压范围3.0～4.4V、1C充放电电流密度下，测试本发明对实施例9制备得到的扣式电池的充放电循环性能，结果显示，使用(Na0.9Li0.1)2O·3SiO2作为LiNi0.5Mn1.5O4正极活性材料粘结剂的锂离子电池在充放电循环100圈后，容量保持率为97％，表现出良好的循环稳定性。此外，本实施例中的粘结剂以水作为溶剂，大大减少了有机溶剂的使用，进而减少了对环境和人体的危害。
实施例10
本实施例中，锂离子电池正极活性材料粘结剂采用(Na0.5Li0.5)2O·2SiO2，使用该粘结剂的锂离子电池正极包括集流体铝箔以及涂覆在该集流体铝箔表面的活性物质层，该活性物质层包括富锂锰基正极活性材料Li[Li0.144Ni0.136Co0.136Mn0.544]O2、导电剂Super P和粘结剂(Na0.5Li0.5)2O·2SiO2，该锂离子电池正极的制备方法包括以下步骤：
将二氧化硅、碳酸锂和碳酸钠按2：1：1摩尔比固相混合，在1150℃下烧结12h，粉碎，得到粘结剂(Na0.5Li0.5)2O·2SiO2。将粘结剂和水混合得到质量溶度为2.5％的(Na0.5Li0.5)2O·2SiO2水溶液，按照富锂锰基正极活性材料Li[Li0.144Ni0.136Co0.136Mn0.544]O2，Super P和粘结剂质量比75:12.5:12.5将富锂锰基正极活性材料、导电剂和粘结剂水溶液配制成活性物质浆料。将所配制活性物质浆料经真空脱泡后均匀涂覆在15μm的铝箔上，在80℃下真空干燥12h，形成25μm活性物质层，再经辊压、分切后得到锂离子电池正极。
将干燥的上述正极片移到手套箱中，以锂片作为负极，聚丙烯微孔膜Celgard2400作为隔膜，1MLiPF6/[碳酸乙烯酯(EC)+二甲基碳酸酯(DMC)体积比1：1]作为电解液，组装2025扣式电池。
在25℃测试温度、电压范围2.0～4.8V、0.1C(30mA/g)，测试本发明对实施例10制备得到的扣式电池的充放电循环性能，结果显示，使用(Na0.5Li0.5)2O·2SiO2作为Li[Li0.144Ni0.136Co0.136Mn0.544]O2正极活性材料粘结剂的锂离子电池在充放电循环50圈后，放电比容量仍高达263.5mAh/g，表明使用改性硅酸钠作为粘结剂的锂离子电池表现出良好的循环稳定性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种锂离子电池，其正极包括集流体和涂覆在所述集流体上的活性物质层；
所述活性物质层包括正极活性材料、导电剂和粘结剂；
所述粘结剂包括硅酸钠和硅酸锂的混合物；
所述硅酸钠和硅酸锂的混合物的通式如式(I)所示：
(Na1-XLiX)2O·nSiO2 式(I)；
式(I)中，0.1≤x≤0.5，n为1、2或3。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述硅酸钠和硅酸锂的混合物按照以下方法制备得到：
二氧化硅、碳酸锂和碳酸钠混合后进行烧结，得到硅酸钠和硅酸锂的混合物。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述活性物质层中正极活性材料、导电剂和粘结剂的质量比为(60～100)：(1～20)：(1～20)。
4.硅酸钠和硅酸锂的混合物作为粘结剂在制备锂离子电池正极中的应用；
所述硅酸钠和硅酸锂的混合物的通式如式(I)所示：
(Na1-XLiX)2O·nSiO2 式(I)；
式(I)中，0.1≤x≤0.5，n为1、2或3。
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