高安全正极片及其锂离子电池制造技术

本发明专利技术公开了一种高安全正极片及其锂离子电池，所述正极片包括集流体、第一活性层以及第二活性层，所述第一活性层设置于所述集流体和所述第二活性层之间，所述第一活性层形成在所述集流体的至少一个表面上。通过将极片中的活性物质层采用双层设计，其中靠近集流体的第一活性层采用磷酸铁锂和磷酸锂混合活性材料，基于磷酸锂的理论质量容量高达694mAh/g，将其作为补锂材料添加到磷酸铁锂中，可以弥补磷酸铁锂质量容量小的劣势(140mAh/g)。同时磷酸锂还具有很好的热稳定性，本发明专利技术通过磷酸铁锂和磷酸锂复配后协同作用，由此制得的电芯可以在保持能量密度的情况下显著改善其针刺安全性能。全性能。全性能。

【技术实现步骤摘要】
高安全正极片及其锂离子电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，尤其涉及一种高安全正极片及其锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池由于具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应和环境友好等优点，被大量应用在便携式电子产品、储能设备和新能源汽车上。随着手机5G时代的来临和高续航里程新能源汽车的发展，对锂离子电池的能量密度需求也越来越高。但是锂离子电池的能量密度越高其安全性就越差，动力电池因为安全性问题已引起多起电动汽车及混合动力汽车的自燃、爆炸事故，因而严重制约了锂离子电池在新能源领域的进一步发展。
[0003]为改善上述技术缺陷，通常通过过充、炉温、针刺、外短路和挤压等测试手段来验证电池电芯的安全性能。其中针刺是模拟电芯在发生内短路时的安全性，同时也是公认最难通过的一项安全测试。通过多层涂布方法在正极上涂布两种及以上正极活性材料(其中靠近集流体的一层正极活性材料为磷酸铁锂)可以改善电芯的针刺性能。但是由于磷酸铁锂质量容量低，因而会显著降低电芯的容量或能量密度。因此，急需开发一种可以改善电芯针刺性能且不降低其能量密度的正极活性材料及其锂离子电池。

技术实现思路

[0004]为了改善上述技术问题，本专利技术提供一种高安全正极片及其锂离子电池，通过将极片中的活性物质层采用双层设计，其中靠近集流体的一层采用磷酸铁锂和磷酸锂混合活性材料，可以在不降低电池能量密度的情况下改善针刺安全性。
[0005]本专利技术是通过如下技术方案实现所述技术效果的:
[0006]一种正极片，包括集流体、第一活性层以及第二活性层，所述第一活性层设置于所述集流体和所述第二活性层之间，所述第一活性层形成在所述集流体的至少一个表面上；所述第一活性层的活性物质包括磷酸铁锂与磷酸锂。
[0007]根据本专利技术的实施方案，所述第一活性层的活性物质中磷酸铁锂的重量百分比可以为0.01～99.99％；优选为70～99％；示例性为0.01％、70％、90％、95％、99％、99.99％。
[0008]根据本专利技术的实施方案，所述第一活性层的活性物质中磷酸铁锂的粒径D50为0.05～2.00μm，优选为0.1～0.3μm。
[0009]根据本专利技术的实施方案，所述第一活性层的活性物质中磷酸铁锂为片状形貌。
[0010]根据本专利技术的实施方案，所述第一活性层的活性物质中磷酸锂的重量百分比可以为0.01～99.99％；优选为1～30％；示例性为0.01％、1％、5％、10％、30％、99.99％。
[0011]根据本专利技术的实施方案，所述第一活性层的活性物质中磷酸锂的粒径D50为0.01～2.00μm，优选为0.05～0.2μm。
[0012]根据本专利技术的实施方案，所述第一活性层的活性物质中磷酸锂为球状形貌。
[0013]根据本专利技术的实施方案，所述第一活性层还含有导电剂和/或粘结剂。
[0014]根据本专利技术的实施方案，所述第一活性层的涂布厚度为1～20μm；示例性为1μm、6μ
m、10μm、20μm。
[0015]根据本专利技术的实施方案，所述第一活性层形成在所述集流体的两个表面。
[0016]根据本专利技术的实施方案，所述第二活性层的厚度高于所述第一活性层厚度。
[0017]优选地，所述第二活性层的涂布厚度为20μm以上；示例性为30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm。
[0018]根据本专利技术的实施方案，所述第二活性层由钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、富锂锰基材料、磷酸铁锂中的至少一种第二正极活性材料制成；优选地，所述富锂锰基材料为锰酸锂。
[0019]根据本专利技术的实施方案，所述第二活性层还含有导电剂和/或粘结剂。
[0020]根据本专利技术的实施方案，所述第一活性层的活性物质、粘接剂和导电剂的混合质量比为(40～98):(1～50):(1～10)。
[0021]根据本专利技术的实施方案，所述第二正极活性材料、粘接剂和导电剂的混合质量比为(70～98):(1～10):(1～20)。
[0022]根据本专利技术的实施方案，所述导电剂为乙炔黑、导电碳球、导电石墨、碳纳米管、导电碳纤维、石墨烯和还原氧化石墨烯中的至少一种。
[0023]根据本专利技术的实施方案，所述粘结剂选自聚偏氟乙烯(PVDF)、偏氟乙烯
‑
六氟丙烯的共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素纳、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯和丁苯橡胶中的至少一种。
[0024]本专利技术还提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包含上述正极片。
[0025]根据本专利技术的实施方案，所述锂离子电池还含有电解液、隔膜和负极片。
[0026]优选地，所述负极片的活性材料包括选自人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳、硅、硅碳化合物、钛酸锂中的至少一种。
[0027]本专利技术还提供上述锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：将上述正极片、电解液、负极片和外壳进行组装，制备得到所述锂离子电池。
[0028]根据本专利技术的实施方案，所述锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：
[0029]S1、第一活性层浆料的制备：
[0030]将磷酸铁锂与磷酸锂进行混合，得到第一活性层的活性物质；然后将第一活性层的活性物质、粘接剂和导电剂混合，再加入溶剂分散后得到第一活性层浆料；
[0031]S2、第二活性层浆料的制备：
[0032]将第二正极活性材料、粘接剂和导电剂混合，然后加入溶剂分散后得到第二活性层浆料；
[0033]S3、正极片的制备：
[0034]将第一活性层浆料涂布到集流体的至少一个表面上，然后将第二活性层浆料涂布到第一活性层上，烘干，辊压、模切后得到正极片；
[0035]S4、负极片的制备：
[0036]将负极片的活性材料、粘接剂、增稠剂和导电剂混合，然后加入溶剂分散后得到负极浆料，再将负极浆料涂布到负极集流体上，烘干，辊压、模切后得到负极片；
[0037]S5、电芯制备：
[0038]将上述正极片与负极片、电解液和隔膜组装成锂离子电池。
[0039]根据本专利技术的实施方案，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素锂中的一种或者两种。
[0040]根据本专利技术的实施方案，所述电解液为常用商用电解液。
[0041]本专利技术的有益效果：
[0042]本专利技术所使用的磷酸锂的理论质量容量高达694mAh/g，将其作为补锂材料添加到磷酸铁锂中，可以弥补磷酸铁锂质量容量小的劣势(140mAh/g)。磷酸锂和磷酸铁锂的颗粒较小(磷酸锂D50为0.05～0.2μm，磷酸铁锂D50为0.1～0.3μm)，且磷酸铁锂为片状可以紧密分布在集流体上、磷酸锂为球状填充在片状磷酸铁锂空隙中，因此在针刺时可以保护正极集流体较少地与负极活性材料接触，以减少内短路电流，进而提高针刺通过率(正极集流体和负极发生的内短路是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极片，其特征在于，包括集流体、第一活性层以及第二活性层，所述第一活性层设置于所述集流体和所述第二活性层之间，所述第一活性层形成在所述集流体的至少一个表面上；所述第一活性层的活性物质包括磷酸铁锂与磷酸锂。2.如权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述第一活性层的活性物质中磷酸铁锂的重量百分比可以为0.01～99.99％；优选为70～99％。和/或，所述第一活性层的活性物质中磷酸铁锂的粒径D50为0.05～2.00μm，优选为0.1～0.3μm。和/或，所述第一活性层的活性物质中磷酸铁锂为片状形貌。3.如权利要求1或2所述的正极片，其特征在于，所述第一活性层的活性物质中磷酸锂的重量百分比可以为0.01～99.99％；优选为1～30％。和/或，所述第一活性层的活性物质中磷酸锂的粒径D50为0.01～2.00μm，优选为0.05～0.2μm。和/或，所述第一活性层的活性物质中磷酸锂为球状形貌。和/或，所述第一活性层还含有导电剂和/或粘结剂。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的正极片，其特征在于，所述第一活性层的涂布厚度为1～20μm。和/或，所述第一活性层形成在所述集流体的两个表面。和/或，所述第二活性层的厚度高于所述第一活性层厚度。优选地，所述第二活性层的涂布厚度为20μm以上。5.如权利要求1
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4任一项所述的正极片，其特征在于，所述第二活性层由钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、富锂锰基材料、磷...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶璐，申红光，
申请(专利权)人：珠海冠宇动力电池有限公司，
类型：发明
国别省市：