一种正极极片及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种正极极片及其制备方法和应用，所述正极极片包括正极材料和集流体，所述正极材料包括n层正极材料，所述n≥2，所述n层正极材料和集流体依次层叠设置；其中，靠近集流体一侧的正极材料为下层正极材料，远离集流体一侧的正极材料为上层正极材料，从上往下，电极中活性物质的钴含量逐层降低，本发明专利技术所述正极极片中，高Co含量的材料位于上层，低Co含量的材料位于下层，从上往下，电极材料中Co含量逐渐降低，可以很好地保证整个电极的结构稳定性，从而保证对应电极的性能(如功率和循环性能)不受影响，同时大幅度降低电芯成本。同时大幅度降低电芯成本。同时大幅度降低电芯成本。

【技术实现步骤摘要】
一种正极极片及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，涉及一种正极极片及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来电动车飞速发展，目前得到较大的普及，但距离全面电动化还有一定距离，主要制约因素之一在于成本，动力电池作为电动车核心部件，其成本占比将近50％，甚至更多，因此降低电动车成本的关键在于动力电池成本的控制。目前很多车企已提出2025年动力电池成本1＄/wh，而目前成本情况将近3＄/wh，差距还有很大。
[0003]CN107623122B公开了一种锂电池用球形核壳结构磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：(1)无皂乳液聚合法制备磷酸铁锂苯乙烯微球；(2)核壳结构磷酸铁锂微球的制备；(3)在惰性气氛下，将得到的核壳结构磷酸铁锂微球粉末进行烧结。利用其制备的球形核壳结构磷酸铁锂正极材料价格低廉、导电性好、振实密度高、粒径均匀，但是其所述材料的能量密度过低，目前用于动力电池整体包装后能量密度≤140wh/kg，很难大规模应用。
[0004]CN111613791A公开了一种负极活性物质、硅碳负极材料、硅碳负极极片和高能量密度快充型锂离子电池。其所述负极活性物质含有石墨和含硅材料；含硅材料为核壳结构，包括内核和壳层，内核为硅粉和导电炭黑的混合物，壳层为石墨烯层；石墨的配向性I(004)/I(110)的值为0.5～4。其通过选用具有特定配向性的石墨与特定结构的含硅材料相搭配制备负极活性物质，大幅提升了锂离子电池的能量密度以及大倍率充电能力，但是其膨胀比例增加将近200％，循环衰减较快，长期性能恶化。
[0005]上述方案存在有能量密度低或循环性能差等问题，因此开发一种能保证能量密度和循环性能的同时，造价低廉的正极极片是十分必要的。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种正极极片及其制备方法和应用，所述正极极片包括正极材料和集流体，所述正极材料包括n层正极材料，所述n≥2，所述n层正极材料和集流体依次层叠设置；其中，靠近集流体一侧的正极材料为下层正极材料，远离集流体一侧的正极材料为上层正极材料，从上往下，电极中活性物质的钴含量逐层降低，本专利技术所述正极极片中，高Co含量的材料位于上层，低Co含量的材料位于下层，从上往下，电极材料中Co含量逐渐降低，可以很好的保证整个电极的结构稳定性，从而保证对应电极的性能(如功率和循环性能)不受影响，同时大幅度降低电芯成本。
[0007]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种正极极片，所述正极极片包括正极材料和集流体，所述正极材料包括n层正极材料，所述n≥2，例如：2、3、4或5等，所述n层正极材料和集流体依次层叠设置；其中，靠近集流体一侧的正极材料为下层正极材料，远离集流体一侧的正极材料为上层正极材料，从上往下，电极中活性物质的固含量逐层降低。
[0009]对于电极结构来说，电极上层由于电极电位及嵌脱锂程度相对较高，对材料的结构稳定性要求更高，下层电极电位及嵌脱锂程度较低，其对材料的结构稳定性要求较低。本专利技术所述正极极片中，高Co含量的材料位于上层，低Co含量的材料位于下层，从上往下，电极材料中Co含量逐渐降低，可以很好的保证整个电极的结构稳定性，从而保证对应电极的性能(如功率和循环性能)不受影响，同时大幅度降低电芯成本。
[0010]实际应用中，电极可根据实际情况调整层数，如三层或四层电极，另外不同层数的电极材料可为一种也可为不同种，其颗粒尺寸大小及形状可以为一样，也可以不一样，其不同层的电极材料体系差异仅仅在于钴含量。
[0011]优选地，所述n层中，最上层正极材料的的化学式为LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2。
[0012]其中，0≤x≤1，例如：0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6或1等，0.2≤y≤0.5，例如：0.2、0.3、0.35、0.4或0.5等，0≤z≤1，例如：0、0.2、0.4、0.6、0.8或1等。
[0013]优选地，最下层正极材料的化学式为LiNi
k
Co
m
Mn
n
O2。
[0014]其中，0≤k≤1，例如：0、0.1、0.3、0.5、0.8、0.9或1等，0≤m≤0.2，例如：0、0.01、0.03、0.1、0.17、0.19或0.2等，0≤n≤1，例如：0、0.1、0.3、0.5、0.7、0.9或1等。
[0015]优选地，所述正极材料为层状或橄榄石状。
[0016]优选地，所述集流体包括铝箔。
[0017]第二方面，本专利技术提供了一种如第一方面所述正极极片的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0018](1)取正极材料、粘结剂和导电剂混合，加入溶剂，调节固含量和粘度，得到不同钴含量的正极浆料；
[0019](2)将步骤(1)所述不同钴含量的正极浆料分层、均匀地涂布在集流体上，经烘干、辊压、模切及冲切得到所述正极极片。
[0020]本专利技术通过电极材料钴含量大小，从而确定多层电极不同层电极材料颗粒的参数及选择，然后将电极颗粒匀浆制作成浆料，并通过涂布使高钴含量浆料位于上层，低钴含量浆料位于下层，然后通过辊压实现钴含量梯度分布的多层极片，其中电极中钴含量自极片上层到极片下层逐渐降低。
[0021]本专利技术的方法中，可以采用多腔涂布或多模头涂布进行一次性涂布，或采用单腔或单模头进行多次涂布实现多层极片的涂布，然后通过辊压实现钴含量梯度分布的多层极片，其中电极中钴含量自极片上层到极片下层逐渐降低。
[0022]优选地，步骤(1)所述导电剂包括导电炭黑、乙炔黑、碳纳米管、石墨烯、片状石墨或气相生长碳纤维中的任意一种或至少两种的组合。
[0023]优选地，步骤(1)所述粘结剂包括聚偏氟乙烯。
[0024]优选地，步骤(1)所述固含量为68～75％，例如：68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％或75％等。
[0025]优选地，步骤(1)所述粘度为6000～10000mpa*s，例如：6000mpa*s、7000mpa*s、8000mpa*s、9000mpa*s或10000mpa*s等。
[0026]优选地，步骤(2)所述涂布的质量为150～500g/m2，例如：150g/m2、200g/m2、250g/m2、300g/m2、350g/m2、400g/m2或500g/m2等。
[0027]优选地，所述烘干的温度为90～150℃，例如：90℃、100℃、120℃、130℃或150℃
等。
[0028]优选地，所述烘干的时间为30～300s，例如：30s、50s、100s、150s、200s或300s等。
[0029]作为本专利技术的优选方案，所述制备方法包括以下步骤：
[0030](1)取正极材料、粘结剂和导电剂混合，加入溶剂，调节固含量为68～75％，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，所述正极极片包括正极材料和集流体，所述正极材料包括n层正极材料，所述n≥2，所述n层正极材料和集流体依次层叠设置；其中，靠近集流体一侧的正极材料为下层正极材料，远离集流体一侧的正极材料为上层正极材料，从上往下，电极中活性物质的钴含量逐层降低。2.如权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述n层中，最上层正极材料的的化学式为LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2；其中，0≤x≤1，0.2≤y≤0.5，0≤z≤1；优选地，最下层正极材料的化学式为LiNi
k
Co
m
Mn
n
O2；其中，0≤k≤1，0≤m≤0.2，0≤n≤1。3.如权利要求1或2所述的正极极片，其特征在于，所述正极材料为层状或橄榄石状。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的正极极片，其特征在于，所述集流体包括铝箔。5.一种如权利要求1
‑
4任一项所述正极极片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)取正极材料、粘结剂和导电剂混合，加入溶剂，调节固含量和粘度，得到不同钴含量的正极浆料；(2)将步骤(1)所述不同钴含量的正极浆...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭明奎，苏树发，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：