正极极片及锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供了一种正极极片及锂离子电池。所述正极极片包括正极集流体、第一正极膜片以及第二正极膜片。所述第一正极膜片设置于所述正极集流体上且包括第一正极活性材料，所述第一正极活性材料选自磷酸盐材料LiFe

【技术实现步骤摘要】
正极极片及锂离子电池


[0001]本专利技术涉及电池
，尤其涉及一种正极极片及锂离子电池。

技术介绍

[0002]随着锂离子电池能量密度进一步提高、成本进一步降低，其应用领域越来越广泛，特别是在电动汽车和储能领域的应用被寄予厚望。然而，对于高能量密度的锂离子电池而言，安全性能是目前制约其应用领域扩展的主要瓶颈之一，因为在滥用的情况下，安全设计不足的锂离子电池会有热失控的可能，例如会发生冒烟、起火甚至是爆炸，危害人身和财产安全。通常电动汽车和能源存储电池的容量比消费电子产品大得多，其容量通常可以达到几十Ah，甚至上百Ah，且使用条件也比消费电子产品更为复杂，因此其安全性能更为关键，甚至被视为目前阻碍其大规模应用的技术瓶颈。
[0003]以三元材料作为正极活性材料的锂离子电池具有高能量密度的特点，但是三元材料通常稳定性差，在进行穿钉安全性能测试时，针刺点部位会发生短路并形成局部热区，当温度超过临界点时会引发热失控，达不到安全使用的标准。
[0004]申请日为2012年4月25日的中国专利申请CN103378352A公开了在正极集流体上预先涂上一层磷酸铁锂材料涂层改善了镍钴锰酸锂、锰酸锂或钴酸锂电池的防过放能力，延长了电池寿命。但是该专利未能兼顾电池的穿钉安全性能，不能使电池达到真正的安全使用标准。

技术实现思路

[0005]鉴于
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种正极极片及锂离子电池，所述正极极片可以使锂离子电池同时兼顾高能量密度以及良好的穿钉安全性能的特点。
[0006]为了达到上述目的，在本专利技术的第一方面，本专利技术提供了一种正极极片，其包括正极集流体、第一正极膜片以及第二正极膜片。所述第一正极膜片设置于所述正极集流体上且包括第一正极活性材料，所述第一正极活性材料选自磷酸盐材料LiFe
1-x-y
Mn
x
M
y
PO4中的一种或几种，0≤x≤1，0≤y≤0.1，0≤x+y≤1，M选自Cr、Mg、Ti、Al、Zn、W、Nb、Zr中一种或几种，所述第二正极膜片设置于所述第一正极膜片上且包括第二正极活性材料，所述第二正极活性材料的克容量高于所述第一正极活性材料的克容量，且所述第二正极活性材料与所述第一正极活性材料不同，所述正极集流体的厚度D0小于等于所述第一正极膜片的厚度D1。
[0007]在本专利技术的第二方面，本专利技术提供了一种锂离子电池，其包括本专利技术第一方面所述的正极极片。
[0008]本专利技术至少包括下述的有益效果：
[0009]本专利技术的正极极片包括两层正极膜片，第一正极膜片中的第一正极活性材料为高稳定性的磷酸盐材料，而第二正极膜片中的第二正极活性材料的克容量高于所述第一正极活性材料的克容量；第二正极膜片可以保证锂离子电池具有高能量密度的特点，而第一正
极膜片与正极集流体直接接触，一方面可以有效地阻止穿钉过程中正极集流体与高克容量的第二正极活性材料接触，减弱强碱性第二正极活性材料对正极集流体的脆化作用，减少穿钉过程中金属毛刺的产生，另一方面还可以阻止穿钉过程中产生的少量金属毛刺与负极活性材料接触，从而第一正极膜片可以保证锂离子电池在穿钉过程中不会因为正极集流体与负极膜片接触引发的内部短路而导致剧烈热失控；另外，正极集流体的厚度小于等于第一正极膜片的厚度，这样可以更有效地阻止穿钉过程中产生的金属毛刺与负极膜片的接触。
具体实施方式
[0010]下面详细说明根据本专利技术的正极极片及锂离子电池。
[0011]首先说明根据本专利技术第一方面的正极极片。
[0012]根据本专利技术第一方面的正极极片包括正极集流体、第一正极膜片以及第二正极膜片。所述第一正极膜片设置于所述正极集流体上且包括第一正极活性材料，所述第一正极活性材料选自磷酸盐材料LiFe
1-x-y
Mn
x
M
y
PO4中的一种或几种，0≤x≤1，0≤y≤0.1，0≤x+y≤1，M选自Cr、Mg、Ti、Al、Zn、W、Nb、Zr中一种或几种。所述第二正极膜片设置于所述第一正极膜片上且包括第二正极活性材料，所述第二正极活性材料的克容量高于所述第一正极活性材料的克容量，且所述第二正极活性材料与所述第一正极活性材料不同。
[0013]其中，所述第一正极膜片设置于所述正极集流体的一个或两个表面上。优选地，所述第一正极膜片设置于所述正极集流体的两个表面上。
[0014]在本专利技术第一方面所述的正极极片中，所述第二正极活性材料选自锰酸锂、富锂锰基材料、三元材料Li
1+m
Ni
a
Co
b
Me
1-a-b
O
2-n
Q
n
中的一种或几种，-0.1≤m≤0.2，0＜a＜1，0<b<1，0<1-a-b<1，0≤n≤0.1，Me选自Mn、Al、Mg、Zn、Ga、Ba、Fe、Cr、Sn、V、Sc、Ti、Zr、Sb、W、Mo中的一种或几种，Q选自F、Cl、S中的一种或几种；
[0015]锂离子电池的能量密度和穿钉安全性能与正极活性材料的种类和正极集流体的性质密切相关。锰酸锂、富锂锰基材料以及三元材料本身具有克容量高的优点，作为正极活性材料时可以显著地提高锂离子电池的能量密度，但是上述材料通常碱性较大，与正极集流体直接接触后极易使正极集流体变脆，因此在锂离子电池进行穿钉过程中会产生更多的金属毛刺，产生金属毛刺的地方会因为发生短路而产生大量的焦耳热形成局部热区，当热区的温度超过锂离子电池的热失控临界温度时将会引发锂离子电池热失控，发生冒烟、起火甚至是爆炸。
[0016]在锂离子电池的内部，短路的形式主要包括四种：正极集流体与负极集流体接触所引发的短路，正极集流体与负极膜片接触所引发的短路，正极膜片与负极膜片接触所引发的短路，正极膜片与负极集流体接触所引发的短路。其中，正极集流体和负极膜片之间接触所引发的短路是最危险的，原因在于这种情况下的短路电阻较小，电流较大，由此产生的热功率较高，而热量传导及散热又比较慢，同时负极活性材料的活性高，容易造成后续一系列的电反应及化学反应，以致酿成安全事故。另外，随着正极活性材料克容量的升高，其热稳定会降低，尤其是高镍材料的热稳定性明显降低，会使锂离子电池的热失控临界温度也降低，从而导致锂离子电池的安全性能进一步变差。
[0017]相比于锰酸锂、富锂锰基材料以及三元材料而言，虽然磷酸盐材料的克容量相对
较低，但是其具有资源丰富、价格便宜、环境友好、放电电压稳定的优点，同时磷酸盐材料还具有稳定性高的优点，其作为正极活性材料直接与正极集流体接触时不会使正极集流体变脆，从而在锂离子电池穿钉过程中不会产生过多的金属毛刺，因此可以减弱锂离子电池因为正极集流体与负极膜片接触而导致内部短路所引发的热失控，使锂离子电池具有较好的穿钉安全性能。
[0018]综合考虑锂离子电池的能量密度和安全性能，本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极极片，其特征在于，包括正极集流体、第一正极膜片以及第二正极膜片；所述第一正极膜片设置于所述正极集流体上且包括第一正极活性材料，所述第一正极活性材料选自磷酸盐材料LiFe
1-x-y
Mn
x
M
y
PO4中的一种或几种，0≤x≤1，0≤y≤0.1，0≤x+y≤1，M选自Cr、Mg、Ti、Al、Zn、W、Nb、Zr中一种或几种；所述第二正极膜片设置于所述第一正极膜片上且包括第二正极活性材料，所述第二正极活性材料的克容量高于所述第一正极活性材料的克容量，且所述第二正极活性材料与所述第一正极活性材料不同；所述正极集流体的厚度D0小于等于所述第一正极膜片的厚度D1。2.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述正极集流体的厚度D0满足：5μm≤D0≤20μm；所述第一正极膜片的厚度D1满足：6μm≤D1≤21μm；所述第二正极膜片的厚度D2满足：50μm≤D2≤200μm。3.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述正极集流体选自铝箔、镍箔、铜箔、铁箔中的一种或几种。4.根据权利要求1或3所述的正极极片，其特征在于，所述正极集流体的断裂延伸率δ满足：0.8％≤δ≤4％。5.根据权利要求4所述的正极极片，其特征在于，所述正极集流体的厚度D0与所述第一正极膜片的厚度D1满足关系式：D1≥(1+δ)
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D0。6.根据权利要求2所述的正极极片，其特征在于，所述第一正极膜片的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李星，王耀辉，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：