一种高比能量的快充正极片及其制备方法和用途技术

一种高比能量的快充正极片及其制备方法和用途，其包括集流体、第一活性物质层和第二活性物质层；所述第一活性物质层涂在集流体上，所述第二活性物质层涂在第一活性物质层表面；所述第一活性物质层中包括第一活性物质和选自油性粘结剂的第一粘结剂，所述第二活性物质层中包括第二活性物质和选自水性粘结剂的第二粘结剂；其中，所述水性粘结剂包括水溶性纤维素锂和/或聚丙烯酸锂；所述第二活性物质包括磷酸铁锂。进一步的，第一活性物质层中含有更多的导电剂，能够直接起到涂炭集流体的作用，降低制造过程成本，同时还能够提高油性浆料的动力学性能。第二活性物质层中采取倍率性能良好的磷酸铁锂，这能显著提升电池的能量密度和倍率性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高比能量的快充正极片及其制备方法和用途
本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种高比能量的快充正极片及其制备方法和用途。
技术介绍
随着便携电子产品(手机、电脑、无人机等)的快速发展，市场对锂离子电池的续航能力和快速充电能力提出更高要求。目前商用的锂离子电池续航时间较短，充电时间在2-5小时以上，充电时间长，限制了人们的使用。同时随着人们生活节凑的加快，越来越多的用户希望锂离子电池拥有较长的续航能力和较短的充电时间，进而需要从快速充电和提升电池本身的能量密度两个角度解决人们的续航焦虑。因此，如何进一步缩短锂离子电池的充电时间，提高电池的能量密度，并且不影响锂离子电池的循环性能，成为亟待解决的问题。
技术实现思路
为了改善现有技术的不足，本专利技术提供一种高比能量的快速充电的锂离子电池正极片及其制备方法和用途，所述锂离子电池正极片的使用使得所述锂离子电池具有大倍率快速充电性能，优异的循环性能，满足人们对锂离子电池较长的续航能力和较短的充电时间的需求。本专利技术目的是通过如下技术方案实现的：一种正极片，所述正极片包括集流体、第一活性物质层和第二活性物质层；所述第一活性物质层涂在集流体上，所述第二活性物质层涂在第一活性物质层表面；所述第一活性物质层中包括第一活性物质和选自油性粘结剂的第一粘结剂，所述第二活性物质层中包括第二活性物质和选自水性粘结剂的第二粘结剂；其中，所述水性粘结剂包括水溶性纤维素锂和/或聚丙烯酸锂(PAALi)，所述第二活性物质包括磷酸铁锂。本专利技术中，所述水性粘结剂是指水溶性的粘结剂，易溶于水中，所述油性粘结剂是指油溶性的粘结剂，其可以溶解在有机溶剂(如N-甲基吡咯烷酮)中，且具有较好的溶解性、优良的成膜性及粘合性，具有一定粘度。根据本专利技术，所述油性粘结剂包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯醇(PVA)中的至少一种。根据本专利技术，所述第一活性物质包括钴酸锂。根据本专利技术，所述第一活性物质层还包括第一导电剂。根据本专利技术，所述第二活性物质层还包括第二导电剂。根据本专利技术，所述第一活性物质层中的第一导电剂的含量大于所述第二活性物质层中的第二导电剂的含量，通过提高第一活性物质层中的第一导电剂的含量可以提高第一活性物质层的动力学性能，同时还能够直接起到涂炭集流体的作用(即在集流体上预先涂覆一层导电炭，增加导电能力，减小活性物质与集流体的接触阻抗)，有效减少集流体与第一活性物质的接触电阻。所述动力学性能是指锂离子的脱嵌速度，脱嵌速度越快，动力学性能越好。影响锂离子的脱嵌速度的因素主要包括：(1)活性物质可支持的充电电流大小，可支持的充电电流越大，动力学性能越好；(2)单位时间内脱出的锂离子的量、即脱出锂离子的速度，脱出锂离子的速度越快，动力学性能越好。根据本专利技术，所述水溶性纤维素锂中的水溶性纤维素选自羧甲基纤维素、羧乙基纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素或羟丙基纤维素中的至少一种；示例性地，所述水溶性纤维素锂为羧甲基纤维素锂、羧乙基纤维素锂、羟甲基纤维素锂、羟乙基纤维素锂或羟丙基纤维素锂中的至少一种，优选为羧甲基纤维素锂。根据本专利技术，所述的第一导电剂和所述的第二导电剂相同或不同，彼此独立地选自导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、导电石墨、导电碳纤维、碳纳米管、金属粉、纤维等具有导电功能的碳材料中任意一种或至少两种的组合。根据本专利技术，所述第一活性物质层中各组分的质量百分含量为：第一活性物质，93-97wt％；第一导电剂，2.5-5wt％；第一粘结剂，0.5-2wt％。优选地，所述第一活性物质层中各组分的质量百分含量为：第一活性物质，94.5-96.5wt％；第一导电剂，2.5-4wt％；第一粘结剂，1-1.5wt％。还优选地，所述第一活性物质层中各组分的质量百分含量为：第一活性物质，95.6-96.6wt％；第一导电剂，2.5-3.5wt％；第一粘结剂，0.9wt％。根据本专利技术，所述第二活性物质层中各组分的质量百分含量为：第二活性物质，95.5-98.5wt％；第二导电剂，1-2.5wt％；第二粘结剂，0.5-2wt％。优选地，所述第二活性物质层中各组分的质量百分含量为：第二活性物质，96-97.2wt％；第二导电剂，2-2.5wt％；第二粘结剂，0.8-1.5wt％。还优选地，所述第二活性物质层中各组分的质量百分含量为：第二活性物质，96.5-97.1wt％；第二导电剂，2wt％；第二粘结剂，0.9-1.5wt％。根据本专利技术，所述第一活性物质层的厚度为65-80微米，所述第二活性物质层的厚度为25-40微米。根据本专利技术，所述正极片的膜片电阻为240-350mΩ。根据本专利技术，所述正极片组成的电池循环1000圈后的膨胀率为小于等于10％。根据本专利技术，所述正极片组成的电池循环1000圈后的容量保持率为大于等于80％。本专利技术还提供上述正极片的制备方法，所述方法包括如下步骤：第一步：配制油性浆料，所述油性浆料中包括选自油性粘结剂的第一粘结剂；第二步：配制水性浆料，所述水性浆料中包括选自水性粘结剂的第二粘结剂；第三步：制备正极片：使用双层涂布机将油性浆料涂覆在正极集流体上，将水性浆料涂覆在油性浆料表面。根据本专利技术，所述方法具体包括如下步骤：第一步：将第一活性物质、第一导电剂、所述第一粘结剂和第一溶剂混合，过200目的筛网，配成第一活性物质浆料、即所述油性浆料；第二步：将第二活性物质、第二导电剂、所述第二粘结剂和第二溶剂混合，过200目的筛网，配成第二活性物质浆料、即所述水性浆料；第三步：制备正极片：使用双层涂布机将第二活性物质浆料涂覆在正极集流体上，将第一活性物质浆料涂覆在第二活性物质浆料表面。根据本专利技术，所述油性浆料的固含量为70-75wt％；所述水性浆料的固含量为70-75wt％。根据本专利技术，所述第一溶剂选自N-甲基吡咯烷酮(NMP)。根据本专利技术，所述第二溶剂选自水。本专利技术还提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括上述的正极片。根据本专利技术，所述电池的内阻为28-30.5mΩ。本专利技术中首次提出了具有上述结构的正极片，其中，第二活性物质层中包括选自水性粘结剂的第二粘结剂，第一活性物质层中包括选自油性粘结剂的第一粘结剂，包括油性粘结剂的第一活性物质层涂在集流体上，包括水性粘结剂的第二活性物质层涂在第一活性物质层表面。已知的，现有的大多数磷酸铁锂浆料使用的是PVDF粘结剂，PVDF的离子导电性差，因此PVDF阻碍Li+在电池充电和放电过程中的扩散，并降低了电极活性物质的电化学活性。为了克服PVDF粘结剂存在的问题，有人提出使用水溶性纤维素(CMC)、进一步提出使用水溶性纤维素锂和/或聚丙烯酸锂代替传统PVDF作为含有磷酸铁锂的活性物质的粘结剂，发现，当电极活性物质使用水溶性纤维素锂和/或聚丙烯酸锂粘结剂时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正极片，其中，所述正极片包括集流体、第一活性物质层和第二活性物质层；所述第一活性物质层涂在集流体上，所述第二活性物质层涂在第一活性物质层表面；所述第一活性物质层中包括第一活性物质和选自油性粘结剂的第一粘结剂，所述第二活性物质层中包括第二活性物质和选自水性粘结剂的第二粘结剂；其中，所述水性粘结剂包括水溶性纤维素锂和/或聚丙烯酸锂(PAALi)；所述第二活性物质包括磷酸铁锂。/n

【技术特征摘要】
1.一种正极片，其中，所述正极片包括集流体、第一活性物质层和第二活性物质层；所述第一活性物质层涂在集流体上，所述第二活性物质层涂在第一活性物质层表面；所述第一活性物质层中包括第一活性物质和选自油性粘结剂的第一粘结剂，所述第二活性物质层中包括第二活性物质和选自水性粘结剂的第二粘结剂；其中，所述水性粘结剂包括水溶性纤维素锂和/或聚丙烯酸锂(PAALi)；所述第二活性物质包括磷酸铁锂。


2.根据权利要求1所述的正极片，其中，所述油性粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇中的至少一种。


3.根据权利要求1或2所述的正极片，其中，所述第一活性物质层还包括第一导电剂，所述第二活性物质层还包括第二导电剂，且所述第一导电剂的含量大于所述第二导电剂的含量。


4.根据权利要求1-3任一项所述的正极片，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张保海，彭冲，贺伟，施超，李俊义，徐延铭，
申请(专利权)人：珠海冠宇电池股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44