阴极极片、锂离子二次电池及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种阴极极片、锂离子二次电池及其制造方法。阴极极片包括集流体；阴极活性物质层，设置于所述集流体上，所述阴极活性物质层包括阴极活性物质材料和修饰有导电聚合物的颗粒状的富锂过渡金属氧化物材料，所述富锂过渡金属氧化物材料的化学式为LixMeyOz，1≦x≦2，1≦y≦2，3≦z≦4，Me为Mn、Ti、Cr及Zr中的一种或多种，导电聚合物为聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚苯撑、聚苯撑乙烯和聚双炔中的一种或多种。本发明专利技术提供的阴极极片的补锂工艺简单，阴极极片能够有效弥补首次不可逆容量损失所消耗的活性锂，阴极极片能够提高锂离子二次电池电芯能量密度。

Cathode plates, lithium ion secondary batteries and their manufacturing methods

The invention relates to a cathode plate, a lithium ion secondary battery and a manufacturing method thereof. The cathode plate includes a cathode collector; the cathode active material layer is arranged on the cathode collector. The cathode active material layer includes a cathode active material material material and a granular lithium-rich transition metal oxide material modified with conductive polymer. The chemical formula of the lithium-rich transition metal oxide material is LixMeyOz, 1 < x < 2, 1 < y < 2, 3 < Z < 4, Me is in Mn, Ti, Cr and Zr. One or more conductive polymers are polyacetylene, polythiophene, polypyrrole, polyaniline, polyphenylene, polystyrene and polydiacetylene. The cathode plate provided by the invention has simple lithium supplementation process, can effectively compensate for the active lithium consumed by the first irreversible capacity loss, and can improve the energy density of the lithium ion secondary battery battery core.

【技术实现步骤摘要】
阴极极片、锂离子二次电池及其制造方法
本专利技术涉二次电池
，特别是涉及一种阴极极片、锂离子二次电池及其制造方法。
技术介绍
随着动力电池在电动车方面的应用及推广，电芯的能量密度受到越来越多的关注和挑战，在不断改善和提升能量密度的研究下，电芯性能得到了很大提升。但是，对于锂离子二次电池来说，电芯的首次不可逆容量损失难以避免，而且以电芯采用的阴极常规材料磷酸铁锂和镍钴锰、镍钴铝三元及与上述阴极常规材料搭配使用的阳极常规材料石墨来说，电芯首次不可逆容量损失相当大，这很大程度阻碍了电芯能量密度的进一步提升和利用。目前，对于电芯首次不可逆容量损失，一方面，通过控制阳极石墨的比表面积，来降低锂离子二次电池首次充放电过程中由于形成不可避免的阳极SEI(固相电解质界面膜)而导致的活性锂的消耗，但涉及到产品的实际使用，考虑到电芯的综合性能，阳极材料的比表面积需控制在一定范围内，由此导致的不可逆容量损失难以消除；另一方面，通过人为添加活性锂源的方法，在电芯中加入与首次不可逆容量损失基本一致的锂片、锂粉或锂盐等含有活性锂的物质，来补充电芯中可用的活性锂，弥补由于首次充放电过程的不可逆容量损失。对于电芯补锂工艺，目前所广泛使用的补锂方法和工艺主要有锂片在阳极或阴极的直接贴合或压合，锂粉在阴极或阳极的直接掺杂或通过与溶剂分散形成溶液的形式喷洒或涂覆在阴极、阳极表面，以上方式会使活性锂的直接暴露；还有就是上述补锂工艺较复杂性。另外，电芯补锂工艺还有就是将有机锂盐加入到阴极或阳极的方法，而这种方法在阴极或阳极引入了有机锂盐杂质，这一方面一定程度对电芯性能造成恶化，另一方面锂离子二次电池的电解液有机锂盐中的锂很难得到充分利用，进而降低锂离子二次电池的锂利用率。综上，目前所采用的补锂方法在操作性、普及性、利用率以及实际效果方面均存在一定的问题，并不能很好的弥补首次不可逆容量损失所消耗的活性锂，在提升电芯能量密度方面存在局限。
技术实现思路
本专利技术实施方式一方面提供一种阴极极片，包括集流体；阴极活性物质层，设置于集流体上，阴极活性物质层包括阴极活性物质材料和修饰有导电聚合物的颗粒状的富锂过渡金属氧化物材料，富锂过渡金属氧化物材料的化学式为LixMeyOz，1≦x≦2，1≦y≦2，3≦z≦4，Me为Mn、Ti、Cr及Zr中的一种或多种，导电聚合物为聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚苯撑、聚苯撑乙烯和聚双炔中的一种或多种。本专利技术实施方式提供的阴极极片能够提高锂离子二次电池的循环性能。本专利技术实施方式另一方面提供一种阴极极片的制造方法，包括：提供阴极活性物质材料和修饰有导电聚合物的颗粒状的富锂过渡金属氧化物材料；形成混合材料，混合材料含有阴极活性物质材料和修饰有导电聚合物的颗粒状的富锂过渡金属氧化物材料，其中富锂过渡金属氧化物材料的化学式为LixMeyOz，1≦x≦2，1≦y≦2，3≦z≦4，Me为Mn、Ti、Cr及Zr中的一种或多种，导电聚合物为聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚苯撑、聚苯撑乙烯和聚双炔中的一种或多种；将混合材料涂覆于集流体表面烘干形成阴极极片。本专利技术实施方式还一方面提供一种锂离子二次电池，包括：阴极极片、阳极极片、隔离膜及电解液。阴极极片包括集流体；阴极活性物质层，设置于集流体上，阴极活性物质层包括阴极活性物质材料和修饰有导电聚合物的颗粒状的富锂过渡金属氧化物材料，富锂过渡金属氧化物材料的化学式为LixMeyOz，1≦x≦2，1≦y≦2，3≦z≦4，Me为Mn、Ti、Cr及Zr中的一种或多种，导电聚合物为聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚苯撑、聚苯撑乙烯和聚双炔中的一种或多种。本专利技术实施方式提供的阴极极片及采用该阴极极片的锂离子二次电池阴极主材作为阴极活性物质，提供用于采用该阴极极片的电芯正常充放电工作的活性锂，掺杂物质修饰有导电聚合物的颗粒状的富锂过渡金属氧化物材料作为另一活性锂源，补充由于首次充放电不可逆容量损失导致的活性锂损失，同时由导电性强的导电聚合物修饰的富锂过渡金属氧化物材料可以在锂离子二次电池循环过程中维持良好的导电性和稳定性，能够提升锂离子二次电池的循环性能。附图说明下面将参考附图来描述本专利技术示例性实施例的特征、优点和技术效果。图1是本专利技术实施例2与对比例2所提供的阴极极片制作的锂离子二次电池的容量保持率-循环次数性能曲线图。图2是本专利技术实施例4与对比例4所提供的阴极极片制作的锂离子二次电池的容量保持率-循环次数性能曲线图。具体实施方式为了使本专利技术的专利技术目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例仅仅是为了解释本专利技术，并非为了限定本专利技术，实施例的配方、比例等可因地制宜做出选择而对结果并无实质性影响。为了简便，本文仅明确地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，尽管未明确记载，但是范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因而，每个点或单个数值可以作为自身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。在本文的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“若干”的含义是一个或者一个以上；“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本文的限制。本专利技术的上述
技术实现思路
并不意欲描述本专利技术中的每个公开的实施方式或每种实现方式。如下描述更具体地举例说明示例性实施方式。在整篇申请中的多处，通过一系列实施例提供了指导，这些实施例可以以各种组合形式使用。在各个实例中，列举仅作为代表性组，不应解释为穷举。阴极极片根据本专利技术实施方式的第一方面，提供了一种阴极极片，包括集流体；阴极活性物质层，设置于集流体上，阴极活性物质层包括阴极活性物质材料和修饰有导电聚合物的颗粒状的富锂过渡金属氧化物材料，富锂过渡金属氧化物材料的化学式为LixMeyOz，1≦x≦2，1≦y≦2，3≦z≦4，Me为Mn、Ti、Cr及Zr中的一种或多种。本专利技术实施方式提供的阴极极片及采用该阴极极片的锂离子二次电池阴极主材作为阴极活性物质，提供用于采用该阴极极片的电芯正常充放电工作的活性锂，掺杂物质修饰有导电聚合物的颗粒状的富锂过渡金属氧化物材料作为另一活性锂源，补充由于首次充放电不可逆容量损失导致的活性锂损失，同时由导电性强的导电聚合物修饰的富锂过渡金属氧化物材料可以在锂离子二次电池循环过程中维持良好的导电性和稳定性，能够提升锂离子二次电池的循环性能。可以理解的是，集流体包括相对设置的第一表面和第二表面，阴极活性物质层可以同时设置于集流体的第一表面和第二表面、也可以设置于第一表面和第二表面中的任意一个表面。另外，修饰有导电聚合物的颗粒状的富锂过渡金属氧化物材料在阴极活性物质层中的重量百分含量为3wt％～10wt％。修饰有导电聚合物的颗粒状的富锂过渡金属氧化物材料中导电聚合物的重量百分含量为0.5wt％～3.0wt％。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阴极极片，其特征在于，包括：集流体；阴极活性物质层，设置于所述集流体上，所述阴极活性物质层包括阴极活性物质材料和修饰有导电聚合物的颗粒状的富锂过渡金属氧化物材料，所述富锂过渡金属氧化物材料的化学式为LixMeyOz，1≦x≦2，1≦y≦2，3≦z≦4，Me为Mn、Ti、Cr及Zr中的一种或多种，导电聚合物为聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚苯撑、聚苯撑乙烯和聚双炔中的一种或多种。

【技术特征摘要】
1.一种阴极极片，其特征在于，包括：集流体；阴极活性物质层，设置于所述集流体上，所述阴极活性物质层包括阴极活性物质材料和修饰有导电聚合物的颗粒状的富锂过渡金属氧化物材料，所述富锂过渡金属氧化物材料的化学式为LixMeyOz，1≦x≦2，1≦y≦2，3≦z≦4，Me为Mn、Ti、Cr及Zr中的一种或多种，导电聚合物为聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚苯撑、聚苯撑乙烯和聚双炔中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的阴极极片，其特征在于，所述修饰有导电聚合物的颗粒状的富锂过渡金属氧化物材料中所述导电聚合物的重量百分含量为0.5wt％～3.0wt％。3.根据权利要求1所述的阴极极片，其特征在于，所述层状锂过渡金属氧化物材料的化学式为LiaM1-xM’xO2，其中0.9≦a≦1.1，0≦x≦0.1，M为Co、Mn及Ni中的一种或几种，M’为Al、Mg、B、Zr、Si、Ti、Cr、Fe、V、Cu、Ca、Zn、Nb、Mo、Sr、Sb、W及Bi中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的阴极极片，其特征在于，所述磷酸铁锂材料化学式为LiFeyMn1-y-zM”zPO4/Cb，其中b≧0，1≦y≦2，3≦z≦4，M”为Cr、Mg、Ti、Al、Zn、W、Nb、Zr中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的阴极极片，其特征在于，所述修饰有导电聚合物的颗粒状的富锂过渡金属氧化物材料中99wt％的颗粒物的直径小于等于Q，50wt％的颗粒物的直径小于等于W，其中30μm≦Q≦50μm，5μm≦W≦20μm。6.根据权利要求1所述的阴极极片，其特征在于，所述修饰有导电聚合物的颗粒状的富锂过渡金属氧化物材料在阴极活性物质层中的重量百分含量为3wt％～10wt％。7.根据权利要求1所述的阴极极片，其特征在于，所述富锂过渡金属氧化物材料包括Li2MeO3，Me为Mn、Ti及Zr中的一种或多种。8.根据权利要求1所述的阴极极片，其特征在于，所述阴极活性物质层进一步包括，相对于所述阴极活性物质层：1wt％～2wt％的导电剂，所述导电剂包括乙炔黑、导电炭黑、碳纤维、碳纳米管及科琴黑中的一种或几种；和/或，1wt％～2wt％的粘结剂，所述粘结剂包括聚乙烯醇、聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、环氧树脂、醋酸乙烯树脂和氯化橡胶中的一种或几种。9.一种阴极极片的制造方法，包括：提供阴极活性物质材料和修饰有导电聚合物的颗粒状的富锂过渡金属氧化物材料；形成混合材料，所述混合材料含有阴极活性物质材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：王耀辉，郭明奎，金海族，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35