一种正极极片及包含所述正极极片的电化学装置和电子装置制造方法及图纸

本申请涉及一种正极极片及包含所述正极极片的电化学装置和电子装置。所述正极极片包括正极集流体和在所述正极集流体两个表面上的正极活性物质层，所述正极活性物质层包含正极活性物质和石墨烯，所述正极活性物质的粒径Dv50与所述正极极片厚度THK之间满足关系式7.74≤Dv50

【技术实现步骤摘要】
一种正极极片及包含所述正极极片的电化学装置和电子装置
本专利技术涉及储能领域，具体涉及一种正极极片及包含所述正极极片的电化学装置和电子装置。
技术介绍
随着锂离子电池行业的发展，市场对锂离子电池能量密度的要求也越来越高。为了提高锂离子电池的能量密度，可以通过提高正极极片的压实密度来实现。但是，提高正极极片的压实密度，容易产生极片脆断的问题。解决高压实密度正极极片的脆断问题将会对提高锂离子电池能量密度有很好的促进作用。
技术实现思路
本申请专利技术人对高压实密度正极极片的脆断问题进行了深入研究，发现在正极极片的正极活性物质层中引入石墨烯，通过协同调控正极活性物质层厚度、正极活性物质的粒径、正极活性物质层的涂覆量，并控制石墨烯的层数和质量占比，不仅可以改善高压实密度正极极片易脆断的问题，且所制备的锂离子电池具有较好的循环性能。本申请的第一方面提供一种正极极片，其包含正极集流体和正极活性物质层，正极活性物质层包含正极活性物质和石墨烯，正极活性物质的粒径Dv50与正极极片厚度THK之间的关系满足如下条件：7.74≤Dv501/2+0.05THK≤10.2，Dv50的单位为μm，THK的单位为μm；石墨烯的层数n、石墨烯在正极活性层中的质量百分比w和正极活性物质层的单面涂覆量CW满足如下关系：0.078≤w*CW+0.01n≤1.9，CW的单位为mg/1540.25mm2。在本申请的一些实施方式中，正极极片的冷压后压实密度为4.2g/mm3～4.35g/mm3。在本申请的一些实施方式中，正极活性物质包括包括钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂、磷酸锰铁锂、磷酸钒锂、磷酸钒氧锂、磷酸铁锂、钛酸锂或含锂锰基材料中的至少一种。在本申请的一些实施方式中，Dv50为13μm～18μm，优选为14μm～16μm。在本申请的一些实施方式中，正极极片厚度THK为80μm～115μm。在本申请的一些实施方式中，正极极片满足以下特征中的至少一者：石墨烯在正极活性物质层中的质量百分比w为0.01％～0.5％，石墨烯的层数n为6～20层；正极活性物质层的单面涂覆量CW为180mg/1540.25mm2～350mg/1540.25mm2。在本申请的另一些实施方式中，石墨烯在正极活性物质层中的质量百分比w为0.05％～0.3％；石墨烯的层数n为8～14层；正极活性物质层的单面涂覆量CW为220mg/1540.25mm2～350mg/1540.25mm2。在本申请的一些实施方式中，正极活性物质层还含有导电剂，导电剂包括炭黑、科琴黑、乙炔黑、碳纳米管中的至少一种。在本申请的一些实施方式中，正极活性物质层还含有粘结剂，粘结剂包括聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、偏氟乙烯-四氟乙烯的共聚物、聚四氟乙烯中的至少一种。本申请的第二方面提供一种电化学装置，包括上述任一项所述的正极极片。本申请第三方面一种电子装置，其包含上述任一项所述的电化学装置。本申请通过良好匹配正极活性物质的粒径分布、正极极片的厚度的关系并引入适量的石墨烯，得到了兼具高压实密度、高能量密度以及电性能优异的电化学装置和电子装置。当然，实施本申请的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。本申请中所用的术语一般为本领域技术人员常用的术语，如果与常用术语不一致，以本申请中的术语为准。在本文中，以下术语的含义如下：正极活性物质的粒径Dv50：正极活性物质材料在体积基准的粒度分布中，粒径在Dv50以下的正极活性物质体积含量占全部颗粒的50％；粒径的单位为μm。具体实施方式下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。本申请的第一方面提供一种正极极片，其包含正极集流体和正极活性物质层，正极活性物质层包含正极活性物质和石墨烯，正极活性物质的粒径Dv50与正极极片厚度THK之间的关系满足如下条件：7.74≤Dv501/2+0.05THK≤10.2，Dv50的单位为μm，THK的单位为μm；石墨烯的层数n、石墨烯在正极活性层中的质量百分比w和正极活性物质层的单面涂覆量CW满足如下关系：0.078≤w*CW+0.01n≤1.9，CW的单位为mg/1540.25mm2。正极极片的厚度THK是指双面涂覆的正极极片在冷压后的整体厚度，其中包括正极集流体和正极活性物质层，单位为μm。在本申请的一些实施方式中，正极极片的冷压后压实密度为4.2g/mm3～4.35g/mm3。冷压后压实密度越高，说明正极活性物质层所包含的活性材料越多，从而对应地提高锂离子电池的能量密度。专利技术人发现，在本申请的正极极片中，合理控制正极活性物质的粒径，并引入石墨烯，可以获得冷压后压实密度高且电池性能优异的锂离子电池。在本申请的一个实施方案中，使正极活性物质的平均粒径Dv50与正极极片厚度THK之间的关系满足7.74≤Dv501/2+0.05THK≤10.2，并且所述石墨烯的层数n、所述正极活性物质层中石墨烯的质量百分比w、所述正极活性物质层的单面涂覆量CW的关系满足0.078≤w*CW+0.01n≤1.9时，得到了冷压后压实密度高，电池循环性能优异的锂离子电池。其中，CW的单位为mg/1540.25mm2；w代表石墨烯在正极活性物质层中的质量百分比。在本申请中，所述正极集流体的选择没有特别限定，可以用本领域技术人员已知的任何方法制备或购自商业途径。例如，可以选用铝箔。经过深入研究，专利技术人发现，正极活性物质的平均粒径Dv50过大或正极活性物质层的厚度较大，导致Dv501/2+0.05THK的上限超过10.2时，正极极片压实密度过小，电池的体积能量密度较低。不基于任何理论，专利技术人认为，由于正极活性物质的平均粒径Dv50过大，颗粒堆积较差，孔隙较多，单位体积内的活性材料较少，进而导致正极极片的能量密度降低；正极活性物质层厚度较大，离子传输路径变长，离子扩散阻力变大，电芯的循环性能降低；进一步地，极片压实密度过小，正极颗粒间易接触不良，颗粒在充放电的膨胀过程中，导电网络易遭到破坏，从而导致循环性能恶化，尤其是电池在高温环境下的循环性能。在一些实施方式中，所述正极活性物质的平均粒径Dv50为13μm～18μm，优选为14μm～16μm。在本申请中，正极活性物质的平均粒径Dv50可使用激光衍射粒度分布测量仪(Mastersizer3000)，依据粒度分布激光衍射方法(具体参照GB/T19077-2016)，测量出体积粒径分布，并用中位值Dv50表示平均粒径的体积分布。在一些实施方式中，所述正极极片厚度THK为80μm～110μm。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正极极片，其包含正极集流体和在正极集流体两个表面上的正极活性物质层，所述正极活性物质层包含正极活性物质和石墨烯，所述正极活性物质的粒径Dv50与所述正极极片厚度THK之间的关系满足如下条件：/n7.74≤Dv50

【技术特征摘要】
1.一种正极极片，其包含正极集流体和在正极集流体两个表面上的正极活性物质层，所述正极活性物质层包含正极活性物质和石墨烯，所述正极活性物质的粒径Dv50与所述正极极片厚度THK之间的关系满足如下条件：
7.74≤Dv501/2+0.05THK≤10.2，
Dv50的单位为μm，THK的单位为μm；
所述石墨烯的层数n、石墨烯在正极活性层中的质量百分比w和所述正极活性物质层的单面涂覆量CW满足如下关系：
0.078≤w*CW+0.01n≤1.9，
CW的单位为mg/1540.25mm2。


2.根据权利要求1的正极极片，其中，所述正极极片的冷压后压实密度为4.1g/mm3～4.35g/mm3。


3.根据权利要求1所述的正极极片，其中，所述正极活性物质包括钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂、磷酸锰铁锂、磷酸钒锂、磷酸钒氧锂、磷酸铁锂、钛酸锂或含锂锰基材料中的至少一种。


4.根据权利要求1所述的正极极片，其中，所述正极活性物质的粒径Dv50为13μm～18μm。


5.根据权利要求1所述的正极极片，其中，所述正极极片厚度THK为80μm～115μm。


6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘胜奇，韩冬冬，张青文，朱睿，
申请(专利权)人：宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35