一种正极极片及锂离子电池制造技术

为克服现有锂离子电池正极极片存在能量密度和电子导电性无法兼顾的问题，本发明专利技术提供了一种正极极片，包括正极材料层，所述正极材料层包括以下重量组分：正极活性物质96.5～98份，单壁碳纳米管0.02～0.2份，导电炭黑0.98～1.3份和正极粘结剂1～2份。同时，本发明专利技术还公开了包括上述正极极片的锂离子电池。本发明专利技术提供的正极极片能够在保证正极极片具有较低的电阻的情况下大幅降低导电剂的用量，提升锂离子电池的能量密度。

【技术实现步骤摘要】
一种正极极片及锂离子电池
本专利技术属于锂离子电池
，涉及一种正极极片及锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池是一种二次电池，依靠锂离子在正负极之间的迁移工作。作为一种高效的能量存储装置，锂离子电池被广泛应用于消费类电子设备、新能源汽车、储能等领域。随着终端领域的快速发展，锂离子电池的容量、电压、寿命等各项性能的要求也在不断提高。特别是新能源汽车领域的快速发展，为了满足更高续航里程的要求，人们提出了多种技术方案来提高锂离子电池的能量密度。选用容量高的正极材料是提高锂离子电池能量密度的有效途径之一。近年来，层状三元镍钴锰酸锂正极材料已逐渐替代磷酸铁锂材料，被广泛应用于新能源乘用车领域。但是，随着材料克容量的提高，同时会带来热稳定性变差、循环性变差等弊端。与此同时，对于正极极片的设计和配方优化，提高正极活性物质的占比，也是一种提高电池能量密度的有效手段。通常，正极极片由集流体、正极活性物质、导电剂、粘结剂组成。其中，常用的导电剂为导电炭黑、导电石墨等。导电炭黑是目前使用最为广泛的导电剂，其价格低廉、粒径小、比表面积大，但存在添加量多的缺点。导电石墨常与导电炭黑混配使用，具有较好的压缩性和分散性，但其导电性较差。现有另一种导电剂为碳纳米管，碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2～20nm。碳纳米管上碳原子的P电子形成大范围的离域π键，由于共轭效应显著，碳纳米管具有一些特殊的电学性质，具有良好的导电性能，中空的结构更有利于电解液在极片中的渗透能力，拉伸强度可以到达100～150Gpa。目前，市面上常用的碳纳米管为多壁碳纳米管，其层数在10-15层之间。多壁碳纳米管可以1:10的用量比例取代传统的导电炭黑，应用在电池浆料中，制备成锂离子电池。以多壁碳纳米管作为导电剂的正极极片，虽然在一定程度上可以降低导电剂的添加量，实现正极活性物质比例的提高，从而提高锂离子电池的能量密度。但是，其改善效果有限，正极活性物质的占比通常在96.5％以下，不能满足锂离子电池对更高能量密度、更长循环等性能的要求。
技术实现思路
针对现有锂离子电池正极极片存在能量密度和电子导电性无法兼顾的问题，本专利技术提供了一种正极极片及锂离子电池。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：一方面，本专利技术提供了一种正极极片，包括正极材料层，所述正极材料层包括以下重量组分：正极活性物质96.5～98份，单壁碳纳米管0.02～0.2份，导电炭黑0.98～1.3份和正极粘结剂1～2份。专利技术人通过大量的实验发现，在锂离子电池的正极极片中，单壁碳纳米管和导电炭黑具有较好的协同作用，两者联用作为导电剂能够提高锂电池中电子的迁移速率，降低电池极化；也能提高极片加工性，促进电解液对极片的浸润，同时还可以增强颗粒之间的粘结性，从而减少正极粘结剂的使用。尤其是，加入了0.02～0.2份的单壁碳纳米管和0.98～1.3份的导电炭黑作为导电剂，能够在保证正极极片具有较低的电阻的情况下大幅降低导电剂的用量，从而提高了正极活性物质的占比，使得正极活性物质最高可达98％，提升了锂离子电池的能量密度。可选的，所述单壁碳纳米管的直径≤3nm，长度≥5μm。可选的，以所述正极材料层的质量为100％计，所述正极活性物质的质量分数为96.5％～98％，所述单壁碳纳米管的质量分数为0.02％～0.2％，所述导电炭黑的质量分数为0.98％～1.3％，所述正极粘结剂的质量分数为1％～2％。可选的，所述正极活性物质选自钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂的一种或多种。可选的，所述正极极片还包括有正极集流体，所述正极材料层覆盖于所述正极集流体上。可选的，所述正极集流体为铝箔。可选的，所述正极粘结剂包括聚乙烯醇、丁苯橡胶、聚偏氟乙烯、海藻酸钠、聚丙烯酸、聚酰亚胺、聚丙烯酸锂中的一种或多种。另一方面，本专利技术还提供了一种锂离子电池，包括电解液、负极极片和如上所述的正极极片。可选的，所述锂离子电池还包括隔膜，所述隔膜位于所述负极极片和所述正极极片之间。可选的，所述负极极片包括负极集流体和负极材料层，所述负极材料层覆盖于所述负极集流体上。具体实施方式为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术的实施例提供了一种正极极片，包括正极材料层，所述正极材料层包括以下重量组分：正极活性物质96.5～98份，单壁碳纳米管0.02～0.2份，导电炭黑0.98～1.3份和正极粘结剂1～2份。专利技术人通过大量的实验发现，在锂离子电池的正极极片中，单壁碳纳米管和导电炭黑具有较好的协同作用，两者联用作为导电剂能够提高锂电池中电子的迁移速率，降低电池极化；也能提高极片加工性，促进电解液对极片的浸润，同时还可以增强颗粒之间的粘结性，从而减少正极粘结剂的使用。尤其是，加入了0.02～0.2份的单壁碳纳米管和0.98～1.3份的导电炭黑作为导电剂，能够在保证正极极片具有较低的电阻的情况下大幅降低导电剂的用量，从而提高了正极活性物质的占比，使得正极活性物质最高可达98％，提升了锂离子电池的能量密度。需要说明的是，专利技术人发现少量的单壁碳纳米管与适量的导电炭黑合用即对正极极片的导电性能具有预料不到的提高，0.02～0.2份的单壁碳纳米管和0.98～1.3份的导电炭黑为优选的范围，当所述单壁碳纳米管的添加量过小时，则对正极极片的电子导电性提升不明显；当所述单壁碳纳米管的添加量过大时，则会对正极极片的能量密度产生不利影响，且相比于0.02～0.2份的单壁碳纳米管，增加单壁碳纳米管的添加量对正极极片的电子电导率的后续提升效果不明显。另一方面，本专利技术通过实验发现该种对正极极片的提升效果仅存在于单壁碳纳米管上，另一种碳纳米管(多壁碳纳米管)对正极极片的提升效果有限，推测其提升效果与其单壁结构相关。在一些实施例中，所述单壁碳纳米管的直径≤3nm，长度≥5μm。所述单壁碳纳米管的直径过大或长度过短时，其对正极极片的提升效果均有一定的降低。在一些实施例中，以所述正极材料层的质量为100％计，所述正极活性物质的质量分数为96.5％～98％，所述单壁碳纳米管的质量分数为0.02％～0.2％，所述导电炭黑的质量分数为0.98％～1.3％，所述正极粘结剂的质量分数为1％～2％。在一些实施例中，所述正极活性物质选自钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂的一种或多种。在一些实施例中，所述正极极片还包括有正极集流体，所述正极材料层覆盖于所述正极集流体上。所述正极材料层由正极浆料涂覆后烘干得到，所述正极浆料包括所述正极材料层的组分和用于分散所述正极材料层组分的溶剂，所述溶剂可选择有机溶剂，具体的，所述溶剂可以为N-甲基吡咯烷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正极极片，其特征在于，包括正极材料层，所述正极材料层包括以下重量组分：/n正极活性物质96.5～98份，单壁碳纳米管0.02～0.2份，导电炭黑0.98～1.3份和正极粘结剂1～2份。/n

【技术特征摘要】
1.一种正极极片，其特征在于，包括正极材料层，所述正极材料层包括以下重量组分：
正极活性物质96.5～98份，单壁碳纳米管0.02～0.2份，导电炭黑0.98～1.3份和正极粘结剂1～2份。


2.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述单壁碳纳米管的直径≤3nm，长度≥5μm。


3.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，以所述正极材料层的质量为100％计，所述正极活性物质的质量分数为96.5％～98％，所述单壁碳纳米管的质量分数为0.02％～0.2％，所述导电炭黑的质量分数为0.98％～1.3％，所述正极粘结剂的质量分数为1％～2％。


4.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述正极活性物质选自钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂的一种或多种。


5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：李扬，李根，梅骜，唐道平，李进，王群峰，
申请(专利权)人：广州汽车集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44