一种正极极片以及锂离子二次电池制造技术

本发明专利技术提供一种正极极片，包括在集流体至少一侧表面设置的第一活性物质层和第二活性物质层，以及设置在第一活性物质层与第二活性物质层之间的交联层，交联层包括交联剂，其中所述交联剂为具有化学式A

The utility model relates to a positive electrode plate and a lithium ion secondary battery

【技术实现步骤摘要】
一种正极极片以及锂离子二次电池
本专利技术涉及一种锂离子电池
，具体地涉及一种正极极片以及包括该正极极片的锂离子二次电池。
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工作中，目前最为有效方案是提高正极涂布重量(提升幅度≥40％)，可以很大程度降低集流体基材及隔膜基材的使用量，将省出来的空间用于能量密度提升。但是，涂布重量增加后，在极片涂布烘烤时，由于应力增加，会出现严重的涂层开裂问题，这很大程度阻碍了正极高涂布重量技术的应用，影响了电芯能量密度的提升幅度。目前，对于高涂布重量正极在涂布干燥过程中出现的开裂问题，主要的解决方法是降低涂布速度，降低烘箱温度，从而降低极片烘干速度，防止极片中的溶剂过快挥发导致应力过大而导致极片涂层开裂。但是，这种降低涂布速度降低烘箱温度的方法虽然可以解决涂层开裂的问题，却很大程度抑制了工业化生产，极大程度增加了制造成本，很难实现量产。
技术实现思路
为解决正极高涂布重量时极片涂层开裂问题，以及为了将高涂布重量极片实现工业化生产，以达到提高电芯能量密度和降低物料成本的目的，本专利技术提供了一种正极极片。本专利技术提供的正极极片包括在集流体至少一侧表面设置的第一活性物质层和第二活性物质层，以及在第一活性物质层与第二活性物质层之间设置的交联层，所述交联层包括交联剂，所述交联剂为具有式(I)所示结构的弱碱性金属盐：AaXbOc(I)A选自Li、Na、K、Mg、Ca、Mn、Ni中的一种或多种元素，X选自B、S、Si、C、P中的一种或多种元素，O表示氧原子，a、b、c的数值取决于元素A和X的化合价态。在本专利技术的正极极片中，所述交联剂的粉体的pH为7.5-9.5。在本专利技术的方法中，交联剂粉体pH值的测定方法为：在25℃下，取商购得到或自行制备得到的第二正极活性材料5g，加入到500ml去离子水中，通过磁力搅拌器以30r/min的速度搅拌2h后，放入超声清洗仪中超声2h，均匀分散后的溶液放置1h后，采用pH测试仪测定溶液的pH值。优选地，所述交联剂选自NaHCO3、Na2CO3、NaHSiO3、Na2SiO3、KHCO3、K2CO3、KHSiO3、K2SiO3、LiHCO3、Li2CO3、LiHSiO3、Li2SiO3的一种或多种。在本专利技术的正极极片中，所述交联剂的颗粒的平均粒径D1为0.01μm～5μm。交联剂颗粒尺寸太小交联层在发生交联后，由于颗粒团聚导致交联层过于密实，导致第一活性层与第二活性层间的电解液流通恶化。同时由于团聚也会导致涂层不均匀，而颗粒尺寸过大将导致交联层厚度过厚，影响电极厚度及电芯能量密度。优选地，在本专利技术的正极极片中，所述交联剂的颗粒的平均粒径D1、所述第一正极活性材料的平均粒径D2以及所述第二正极活性材料的平均粒径D3至少满足以下关系之一：0.03≤D1/D2≤2式(1)，0.03≤D1/D3≤2式(2)。所述交联剂颗粒的平均粒径与第一正极活性材料、第二正极活性材料的粒径满足上述关系时，能够保证该活性物质层内不同层之间粒径差异不大，避免层之间的界面因粒径不匹配而发生剥落。在本专利技术的正极极片中，所述交联层的厚度为所述正极极片厚度的1/50～1/10。在本专利技术的正极极片中，所述交联层的涂布重量为3g/m2～33g/m2，以改善涂层开裂的问题，提高能量密度以及工艺可行性。在本专利技术的正极极片中，所述交联剂在所述交联层中的质量占比为5wt％～90wt％；优选地，所述交联层还包括导电剂和粘结剂，以交联剂、导电剂和粘结剂的总质量计，所述导电剂和粘结剂的总含量为10wt％～95wt％。在本专利技术的正极极片中，所述第一活性物质层与所述第二活性物质层的总涂布重量大于或等于234g/m2；优选地，所述第一活性物质层的涂布重量与第二活性物质层的总涂布重量之比为1:4～4:1。在本专利技术的正极极片中，所述第一正极活性材料以及所述第二正极活性材料独立地选自化学式LiaM1-xM’xO2表示的层状锂-过渡金属氧化物、化学式LiFeyMn1-y-zM”zPO4/C表示的磷酸铁锂材料中的一种或者两种，其中，0.9≤a≤1.1，0≤x≤0.1，M为Co、Mn、Ni中的至少一种，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，M”为Cr、Mg、Ti、Al、Zn、W、Nb、Zr中的一种或几种。所述第一正极活性材料以及所述第二正极活性材料均选自化学式LiaM1-xM’xO2表示的层状锂-过渡金属氧化物，0.9≤a≤1.1，0≤x≤0.1，M为Co、Mn、Ni中的至少一种，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。在本专利技术的正极极片中，所述正极活性物质层中的导电剂和所述交联层中的导电剂可独立地选自乙炔黑、导电炭黑、碳纤维(VGCF)、碳纳米管(CNT)、科琴黑中的一种或几种；所述导电剂的重量占各自材料层总重量的1％～10％。在本专利技术的正极极片中，所述正极活性物质层中的粘结剂和所述交联层中的粘结剂可独立地选自聚乙烯醇、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；所述粘结剂的重量占各自材料层总重量的1％～10％。本专利技术还提供了一种正极极片制备方法，该制备方法主要将极片涂布改为多次涂布，在第一次涂布后的极片表面可以采用喷涂、涂布等方式设置一层交联层，该交联层主要为弱碱类物质，可以与正极粘结剂聚偏氟乙烯支链上的H和F反应，从而起到交联粘结剂的作用，粘结剂在交联后将完全固化，不再产生额外应力，同时也不会二次溶解于第二次涂布的活性物质层，不会产生开裂现象。通过该方法制作的正极极片可用于高涂布重量(≥360mg/1540.25mm2)，涂布重量相对于常规重量提升程度≥40％，该方法制作的正极极片不会出现开裂问题，且涂布速度不受影响，简单易行，可以有效应用于工业化生产。另外，采用本专利技术的正极极片制作的电芯的能量密度得到较大提升。本专利技术还提供一种锂离子二次电池，该锂离子二次电池包括壳体、正极极片、负极极片、隔膜和电解液，其中所述正极极片为本专利技术所述的正极极片。优选地，在本专利技术提供的锂离子二次电池中，所述负极的材料选自软碳、硬碳、人造石墨、天然石墨、硅、硅氧化合物、硅碳复合物、钛酸锂；优选地，在本专利技术提供的锂离子二次电池中，所述电解液包括有机溶剂和锂盐，所述有机溶剂选自碳酸乙稀酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的一种或，所述锂盐选自LiPF6、LiBF4、LiBOB、LiAsF6、Li(CF3SO2)2N、LiCF3SO3、LiClO4中的一种或多种；优选地，在本专利技术提供的锂离子二次电池中，所述隔膜的材料聚乙烯、聚丙烯、无纺布、聚纤维中一种或多种。具体实施方式下面通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正极极片，包括：/n在集流体至少一侧表面设置的第一活性物质层和第二活性物质层，以及在第一活性物质层与第二活性物质层之间设置的交联层，/n所述第一活性物质层包括第一正极活性材料，所述第二活性物质层包括第二正极活性材料，所述交联层包括交联剂，所述交联剂为具有式(I)结构的弱碱性金属盐：/nA

【技术特征摘要】
1.一种正极极片，包括：
在集流体至少一侧表面设置的第一活性物质层和第二活性物质层，以及在第一活性物质层与第二活性物质层之间设置的交联层，
所述第一活性物质层包括第一正极活性材料，所述第二活性物质层包括第二正极活性材料，所述交联层包括交联剂，所述交联剂为具有式(I)结构的弱碱性金属盐：
AaXbOc式(I)
其中，A选自Li、Na、K、Mg、Ca、Mn、Ni中的一种或多种元素，X选自B、S、Si、C、P中的一种或多种元素，O表示氧原子，a、b、c的数值取决于元素A和X的化合价态。


2.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述交联剂的粉体pH为7.5-9.5；
优选地，所述交联剂选自NaHCO3、Na2CO3、NaHSiO3、Na2SiO3、KHCO3、K2CO3、KHSiO3、K2SiO3、LiHCO3、Li2CO3、LiHSiO3、Li2SiO3的一种或多种。


3.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述交联剂的平均粒径D1为0.01μm～5μm；
优选地，所述交联剂的平均粒径D1、所述第一正极活性材料的平均粒径D2以及所述第二正极活性材料的平均粒径D3至少满足以下关系之一：
0.03≤D1/D2≤2式(1)，
0.03≤D1/D3≤2式(2)。


4.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述交联层的厚度为所述正极极片厚度的1/50～1/10。


5.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述交联层的涂布重量为3g/m2～33g/m2。


6.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述交联剂在所述交联层中的质量占比为5wt％～90wt％；
优选地，所述交联层还包括导电剂和粘结剂，以交联剂、导电剂和粘结剂的总质量计，所述导电剂和粘结剂的总含量为10wt％～95wt％。


7.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王耀辉，郭明奎，黄亚萍，
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