多功能复合正极片及包含其的二次电池制造技术

本实用新型专利技术公开了一种多功能复合正极片及包含其的二次电池，该多功能复合正极片包括正极集流体层和正极活性物质层，正极活性物质层包括多个正极活性物质组件，正极活性物质组件由正极活性材料、粘结剂和导电添加剂制得，多个正极活性物质组件以二维叠层结构或三维堆垛结构分布在正极集流体层和隔膜之间，多个正极活性物质组件的物理性质不同或化学组成不同。本实用新型专利技术通过对正极活性物质层进行结构设计，充分发挥不同正极活性物质组件的功能，克服了现有技术中正极活性物质层结构单一，功能存在短板的缺陷，得到了兼顾安全性、倍率特性、高低温特性、服役寿命、循环寿命等综合优异性能的多功能复合正极片及二次电池。

【技术实现步骤摘要】
多功能复合正极片及包含其的二次电池
本技术属于电化学储能器件与新能源材料领域，涉及一种多功能复合正极片及包含其的二次电池。
技术介绍
目前商用的二次电池，以锂离子二次电池为例，电池主要由正极片、隔膜、负极片通过卷绕、叠片等物理方式结合，然后装入封装材料中注入工作电解质制成。这种操作方式便捷，便于工业化及大规模自动化生产，是目前主流的锂离子电池制成方式。近年来，随着世界范围新能源汽车、规模化储能、国防安全及航空航天等领域的快速发展，各领域对电池性能的要求越来越高，以新能源汽车为例，我国在新能源汽车方面以电池能量密度及续航里程为参考依据，对新能源汽车进行补贴。能量密度越高，续航里程越远的车型，所获得的补贴额度越高。为了提升车辆续航，电池供应商在逐步设计提升电池的能量密度，其中最直接最有效的方式是采用高能量密度的正极活性材料，如高镍正极活性材料，这类正极活性材料的使用虽然可以显著提高电池的能量密度，但由于高能量密度的正极活性材料满电态热分解温度较低，安全性较差，在提升电池能量密度的同时，无法有效保障电池的安全性。此外，在一些特殊领域，如军工国防，无人机，极低温等工况条件下，传统的锂离子电池在综合性能保障方面也存在不足。为解决上述安全性问题，各电池厂、车企在电池结构刚性化、电池管理系统设计方面做了大量工作，以确保电池在出现故障的情况下，不至于引起驾驶人人身安全问题，但效果有限，此外，上述措施主要以预防和隔离为主，没有从源头上提供电池安全性的解决方案。
技术实现思路
为了克服上述问题，本专利技术人进行了锐意研究，设计出一种多功能复合正极片，该多功能复合正极片包括正极集流体层和正极活性物质层，所述正极活性物质层包括多个正极活性物质组件，所述正极活性物质组件包括正极活性材料，其中多个正极活性物质组件以二维叠层结构或三维堆垛结构分布在正极集流体层和隔膜之间，多个正极活性物质组件的物理性质不同或化学组成不同。本技术通过对正极活性物质层进行结构设计，充分发挥不同正极活性物质组件的功能，克服了现有技术中正极活性物质层结构单一，功能存在短板的缺陷，得到了兼顾安全性、倍率特性、高低温特性、服役寿命、循环寿命等综合优异性能的多功能复合正极片及二次电池，从而完成本技术。本技术的目的一方面在于提供一种多功能复合正极片，所述多功能复合正极片包括正极集流体层和正极活性物质层，所述正极活性物质层包括多个正极活性物质组件，所述多个正极活性物质组件以二维叠层或三维堆垛结构分布在正极集流体层和隔膜之间，所述三维堆垛结构分布为多个正极活性物质组件呈三维规则或不规则分布，优选地，所述三维堆垛结构分布包括等间隔结构分布和齿形阵列结构分布。所述正极活性物质组件由正极活性材料、粘结剂和导电添加剂制得。所述多个正极活性物质组件中的正极活性材料相同，所述正极活性材料的浓度不同。多个正极活性物质组件呈梯度结构分布。所述多个正极活性物质组件中的正极活性材料的浓度呈梯度变化。所述正极活性材料的浓度由正极集流体层至隔膜方向逐渐减小。所述多个正极活性物质组件中的正极活性材料不同。所述齿形阵列结构分布包括矩形齿阵列式分布、三角齿阵列式分布或梯形齿阵列式分布中的至少一种。所述齿形阵列结构分布为矩形齿阵列式分布、三角齿阵列式分布或梯形齿阵列式分布。本技术的另一方面提供一种二次电池，该二次电池包含本技术第一方面所述的多功能复合正极片。本技术所具有的有益效果为：(1)本技术提供的多功能复合正极片的正极活性物质层包括多个正极活性物质组件，多个正极活性物质组件中的正极活性材料的物理性能或化学组成不同，从而增强了正极片的功能；(2)本技术通过设计多个正极活性物质组件为二维层状堆叠分布方式，克服单一组分的功能缺陷，使得最终制备的二次电池具有优异的倍率特性、循环寿命长、能量密度高的优点；(3)本技术通过设计多个正极活性物质组件为三维堆垛结构设计，增大正极活性物质组件之间的接触面积，增强粘结力，增大了不同活性物质组件与电解液之间的接触面积，从而进一步提高电池的倍率特性；(4)本技术所提供多功能复合正极片及包含其的二次电池，克服了现有正极片正极活性物质层组分单一，功能单一的缺陷，得到了综合性能优异的多功能复合正极片及二次电池，如具有功率密度高、能量密度高、低温放电倍率性能好、高温循环寿命长、安全性高等优点，适于大规模推广。附图说明图1示出二次电池工作原理示意图；图2示出二次电池的结构示意图；图3示出本技术对比例1所得正极片的结构示意图；图4示出本技术实施例1所得多功能复合正极片的结构示意图；图5示出本技术实施例2所得多功能复合正极片的结构示意图；图6示出本技术实施例3所得多功能复合正极片的结构示意图；图7示出本技术实施例4所得多功能复合正极片的结构示意图；图8示出本技术实施例5所得多功能复合正极片的结构示意图；图9示出本技术实施例6所得多功能复合正极片的结构示意图；图10示出本技术实验例1所得倍率特性曲线；图11示出本技术实验例2所得循环特性曲线。附图标号说明：100-正极片；101-正极集流体层；102-正极活性物质层；1021-第一正极活性物质组件；1021’-第一矩形齿；1022’-第二矩形齿；1022-第二正极活性物质组件；1023-第三正极活性物质组件；1024-第四正极活性物质组件；102n-第n正极活性物质组件；200-隔膜；300-负极片；301-负极集流体层；302-负极活性物质层。具体实施方式下面通过附图和优选实施方式对本技术进一步详细说明。通过这些说明，本技术的特点和优点将变得更为清楚明确。如图1所示，为锂离子二次电池的基本工作原理图，充电时，锂离子从正极片活性物质层中的正极材料颗粒内部通过扩散方式达到颗粒表面，随后通过表面迁移及液态电解质的输送，穿过多孔隔膜后，达到负极片活性物质层负极材料颗粒表面，与此同时，电子从正极活性材料颗粒中经由正极集流体铝箔及外电路输运到负极颗粒表面，与正极迁移过来的锂离子复合后扩散至负极材料颗粒内部，完成充电过程；放电过程则正好相反。在上述电池工作原理中，正极集流体，负极集流体分别承担支撑电极活性物质层及传导电子功能，充电时，正极活性物质层提供锂离子，液态电解质承担电池内部离子的输运功能，隔膜承担隔离正极片与负极片功能，负极活性物质层主要用于储存由正极过来的电子与离子。图2展示了二次电池的基本结构示意图，主要包含四大部分，正极片100、隔膜200、负极片300及浸润其中的液态电解质。其中正极片100由正极集流体层101及正极活性物质层102构成，如图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多功能复合正极片，其特征在于，所述多功能复合正极片包括正极集流体层和正极活性物质层，/n所述正极活性物质层包括多个正极活性物质组件，/n所述多个正极活性物质组件以二维叠层或三维堆垛结构分布在正极集流体层和隔膜之间，/n所述三维堆垛结构分布为多个正极活性物质组件呈三维规则分布。/n

【技术特征摘要】
1.一种多功能复合正极片，其特征在于，所述多功能复合正极片包括正极集流体层和正极活性物质层，
所述正极活性物质层包括多个正极活性物质组件，
所述多个正极活性物质组件以二维叠层或三维堆垛结构分布在正极集流体层和隔膜之间，
所述三维堆垛结构分布为多个正极活性物质组件呈三维规则分布。


2.根据权利要求1所述的多功能复合正极片，其特征在于,所述三维堆垛结构分布包括等间隔结构分布和齿形阵列结构分布。


3.根据权利要求1所述的多功能复合正极片，其特征在于，多个正极活性物质组件呈梯度结构分布...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌仕刚，李山山，朱卫泉，苏迎春，
申请(专利权)人：天津国安盟固利新材料科技股份有限公司，中信国安盟固利电源技术有限公司，
类型：新型
国别省市：天津;12