一种正极片及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种正极片及制备方法，所述正极片包括集流体、活性层、导电层、正温度系数热敏电阻层、保护层；在集流体表面覆盖含有正极活性物质和补锂成分的活性层，活性层上覆盖带有惰性层的导电层，导电层上涂覆正温度系数热敏电阻层，热敏电阻层上一面喷涂第一保护层，另一面为第二保护层。本发明专利技术的有益效果：能够保证锂离子电池安全性能，同时不影响倍率性能；本发明专利技术的正极片为一种简单、稳定、安全且与现有制造工艺兼容性良好的具有补锂功能的锂离子电池正极片，提高了锂离子电池的能量密度、循环寿命和倍率性能。

【技术实现步骤摘要】
一种正极片及制备方法
本专利技术涉及一种锂电池领域，尤其涉及的是一种正极片及制备方法。
技术介绍
相比于铅酸电池、镍镉电池和镍氢电池，锂离子电池具有能力密度高、工作电压高、循环性能好、自放电小、无记忆效应以及环境友好等特点，自1991年商业化以来，已被广泛应用于3C数码领域。然而，随着智能手机和电动汽车的蓬勃发展，现有的锂离子电池的能量密度和循环寿命越来越无法满足其对高能量密度和长循环寿命的需求。全电池的实际可用能量密度和循环寿命与锂离子电池的首次库伦效率和负极SEI膜的形成存在密切关系，被广泛使用的石墨首次效率在90％至95％之间，具有更高能量密度的硬碳和硅碳材料的首次不可逆效率超过15％，导致其在形成固态电解质膜(SEI膜)的过程中消耗了大量的活性锂，从而造成了整个电芯的能量密度的下降。通过额外补锂，可以提高电芯的首次效率和循环性能。目前，报道的补锂方式主要有四种，分别为：负极电化学补锂、负极化学补锂、正极电化学补锂和正极化学补锂。其中，电化学补锂，如专利CN201620097015.9公开的电化学补锂装置，工艺复杂，不适合于工业化生产。化学补锂，尤其是通过补锂添加剂的方式，工艺简单、成本低廉且补锂量可控，非常适合用于工业化生产。负极化学补锂是工业上用得最多的补锂方式，其中，又以稳定化锂金属粉末(SLMP)应用最广，但是，负极补锂材料通常具有较低的电势和高化学反应活性，存在很大的加工安全性问题，并且，其与现有的溶剂和粘结剂有兼容性问题，例如，SLMP就会与常用的调浆溶剂NMP反应。正极化学补锂材料电势高，与现有的锂电池加工工艺兼容性好，是可选择的另一种补锂方法。专利CN201210350770.x在惰性气氛中直接在正极片上喷洒含有锂盐的有机溶液，然后做干燥处理的补锂方式，但是，这种补锂方式，一方面，易燃有机液体容易造成安全隐患，另一方面，产生的大量有机气体会污染空气。而且人们现在对锂离子电池的要求越来越高，特别注重安全性能的提升。现在提高锂离子电池安全性能的同时，往往以牺牲电池的倍率性能为代价，或者其他性能。而且传统的锂离子电池极片制作工艺简陋，导致电极活性材料和集流体之间的结合力相对较差，容易产生电极剥落现象，致使其机械可靠性降低，同时使电极复合材料的弯曲率受到限制。由于安全性能差，一直未广泛推广使用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供了一种解决上述
技术介绍
中安全性不高、性能差的锂离子电池的正极片及该正极片的制备方法。本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的：本专利技术的一种正极片，包括集流体、活性层、导电层、正温度系数热敏电阻层、保护层；在集流体表面覆盖含有正极活性物质和补锂成分的活性层，活性层上覆盖带有惰性层的导电层，惰性层的厚度为0.5nm-40nm，导电层上涂覆正温度系数热敏电阻层，热敏电阻层上一面喷涂第一保护层，另一面为第二保护层，第一保护层为多孔纳米氧化锆或氧化钛层，第二保护层多孔纳米硅层。优选的，所述正极活性物质为钴酸锂、锰酸锂，或磷酸铁锂，且涂层厚度为50-80μm，且正极活性物质与补锂成分的总质量是活性层的总质量的90％-99％，正极活性物质与补锂成分的质量比为100:(1-20)。优选的，所述补锂成分为M/Li2O混合物、Li2NiO2、Li6Co1-xMnxO4、Li5Fe1-yMyO4或Li5Fe1-zNzO4中的任意一种或至少两种的组合，其中，M为Cu、Pb、Ni、Co、Mn、Ru、Mo或Fe中的一种或多种，N为Mn、Al、Ti或Mg中的任意一种或至少两种的组合，0≤x≤0.3，0≤y≤1，0≤z≤0.5。优选的，所述多孔性导电聚合物胶聚苯胺、对苯二胺、吡咯、噻吩及其衍生物为基础的胶状聚合物，多孔性导电聚合物胶混有多孔石墨烯、碳纤维导电物质。优选的，所述所述惰性物质为Al2O3、ZrO2、ZnO、TiO2、LiAlO2、SiO2、HfO2、B2O3、V2O5、Nb2O5、InO2、SnO2、ITO、MgO、MoO3或Ta2O5中的任意一种或至少两种的组合，优选为MgO、Al2O3、ZrO2、TiO2或LiAlO2中的任意一种或至少两种的组合。优选的，所述正温度系数热敏电阻层包含聚乙烯、炭黑，且二者的质量之比＝1：(0.6-1.6)。优选的，所述活性层中还包含导电剂和粘结剂。优选的，所述活性层中，正极活性物质、导电剂、粘结剂和补锂成分的质量比为(90-98):(1-5):(1-3):(1-10)。优选的，第一保护层为多孔纳米氧化锆或氧化钛层，厚度为2-5μm，第二保护层多孔纳米硅层，厚度为0.1-1μm。本专利技术还提供一种制备正极片的制备方法，制备方法包括以下步骤：在集流体表面涂覆含有正极活性物质和补锂成分的浆料，并烘干，涂层厚度为45-85μm；然后在上述涂层上喷涂导电层，并烘干，涂层厚度5-10μm，并在导电层上制备惰性层；然后在导电层上涂覆数热敏电阻层，并烘干，得到正温度系数热敏电阻层，厚度为3-25μm；在正温度系数热敏电阻层上一面喷涂多孔纳米氧化锆或氧化钛层作为第一保护层，烘干，厚度为2-5μm，另一面喷涂多孔纳米硅层作为第二保护层，烘干，厚度为0.1-1μm。本专利技术相比现有技术具有以下优点：本专利技术通过对锂电池正极极片的微观结构的重新设计来提高现有锂离子电池的安全性能，导电层可以大大提高不同活性层物质之间的导电率，提高极片倍率性能和导热性能；PPTC涂层可以防止涂层的热失控，提高材料的安全性能；最外层有极其薄的多孔纳米无机物形成的安全保护层，进一步提高锂离子电池安全性能，同时不影响倍率性能；该正极极片结构同时又不降低电池的倍率性能；本专利技术的正极片为一种简单、稳定、安全且与现有制造工艺兼容性良好的具有补锂功能的锂离子电池正极片，该正极片不仅具有补锂功能能，惰性包覆层可以防止补锂成分的溶解，还克服了补锂成分溶解和导电性不好的问题，提高了锂离子电池的能量密度、循环寿命和倍率性能。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例一本实施例一种正极片，包括集流体、活性层、导电层、正温度系数热敏电阻层、保护层；在集流体表面覆盖含有正极活性物质和补锂成分的活性层，活性层上喷涂包含有惰性物质的导电层，惰性物质的厚度0.5nm-40nm，导电层上涂覆正温度系数热敏电阻层，热敏电阻层上一面喷涂第一保护层，另一面为第二保护层，第一保护层为多孔纳米氧化锆或氧化钛层，厚度为2-5μm，第二保护层多孔纳米硅层，厚度为0.1-1μm。本专利技术中，导电层是表面包覆有超薄惰性物质的导电层，超薄指：包覆的惰性物质的厚度(即惰性包覆层的厚度)在0.5nm-40nm，优选的，为0.5nm-10nm，在此优选范围0.5nm-10nm内，既达到了防止活性层内金属离子被电解液溶解的目的，又降低了惰性包覆层对极片导电性的影响，提高了电池的倍率性能。本实施例中的正极活性物质选用LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2。导电层中多孔性导电聚合物胶选自聚苯胺、对苯二胺、吡咯、噻吩及其衍生物为基础的胶状聚合物并混有多孔石墨烯、碳纤维导电物质的多孔性导电聚合物胶。正温度系数热敏电阻层所含本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正极片，其特征在于，包括集流体、活性层、导电层、正温度系数热敏电阻层、保护层；在集流体表面覆盖含有正极活性物质和补锂成分的活性层，活性层上覆盖带有惰性层的导电层，惰性层的厚度为0.5nm‑40nm，导电层上涂覆正温度系数热敏电阻层，热敏电阻层上一面喷涂第一保护层，另一面为第二保护层，第一保护层为多孔纳米氧化锆或氧化钛层，第二保护层多孔纳米硅层。

【技术特征摘要】
1.一种正极片，其特征在于，包括集流体、活性层、导电层、正温度系数热敏电阻层、保护层；在集流体表面覆盖含有正极活性物质和补锂成分的活性层，活性层上覆盖带有惰性层的导电层，惰性层的厚度为0.5nm-40nm，导电层上涂覆正温度系数热敏电阻层，热敏电阻层上一面喷涂第一保护层，另一面为第二保护层，第一保护层为多孔纳米氧化锆或氧化钛层，第二保护层多孔纳米硅层。2.根据权利要求1所述的一种正极片，其特征在于，所述正极活性物质为钴酸锂、锰酸锂，或磷酸铁锂，且涂层厚度为50-80μm，且正极活性物质与补锂成分的总质量是活性层的总质量的90％-99％，正极活性物质与补锂成分的质量比为100:(1-20)。3.根据权利要求2所述的一种正极片，其特征在于，所述补锂成分为M/Li2O混合物、Li2NiO2、Li6Co1-xMnxO4、Li5Fe1-yMyO4或Li5Fe1-zNzO4中的任意一种或至少两种的组合，其中，M为Cu、Pb、Ni、Co、Mn、Ru、Mo或Fe中的一种或多种，N为Mn、Al、Ti或Mg中的任意一种或至少两种的组合，0≤x≤0.3，0≤y≤1，0≤z≤0.5。4.根据权利要求1所述的一种正极片，其特征在于，所述多孔性导电聚合物胶聚苯胺、对苯二胺、吡咯、噻吩及其衍生物为基础的胶状聚合物，多孔性导电聚合物胶混有多孔石墨烯、碳纤维导电物质。5.根据权利要求1所述的一种正极片，其特征在于，所述所述惰性物质为Al2O3、ZrO2、ZnO、TiO2、L...

【专利技术属性】
技术研发人员：李学智，李明，
申请(专利权)人：安徽省力霸动力锂电池科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34