一种正极及其制备方法和锂离子电池技术

本发明专利技术提供了一种正极及其制备方法和锂离子电池，所述正极包括集流体和设置于所述集流体至少一侧表面的正极活性涂层，所述正极活性涂层包括正极活性材料，所述正极活性材料包括实心颗粒和空心颗粒，沿远离所述集流体一侧表面的方向，所述正极活性涂层中空心颗粒的质量含量呈梯度递增分布。本发明专利技术采用实心颗粒和空心颗粒配合，且采用空心颗粒沿极片厚度方向呈梯度分布的方式制备正极，这种正极的结构有利于电解液的浸润和扩散，降低了电池极化，缩短了锂离子的传输路径，增加了极片的孔隙率，降低了电池的内阻，改善了电池的动力学性能，采用这种正极制备得到的锂离子电池具有较好的功率性能和较高的能量密度。的功率性能和较高的能量密度。的功率性能和较高的能量密度。

【技术实现步骤摘要】
一种正极及其制备方法和锂离子电池


[0001]本专利技术属于电池
，涉及一种正极及其制备方法和锂离子电池。

技术介绍

[0002]随着锂离子二次电池技术的快速发展，锂离子电池因其高能量密度、绿色环保等显著优势，已经被广泛应用在人们日常生活的各个方面，例如手机、照相机等便携式数码设备以及电动自行车、电动公交、电动汽车等领域。在新能源电池汽车领域，动力电池作为电动汽车的动力来源，是电动汽车的关键部件。近些年，随着用户对电动汽车的续航里程需求日益增长，如何提升电池能量密度是锂电行业的重点开发方向。
[0003]CN109148820A公开了一种厚极片的制备方法及使用该极片的高能量密度软包电池，其通过匀浆、涂布、辊压、模切、干燥、叠片、极耳焊接、封装、电芯干燥、注液、化成等步骤，制备得到正极双面面密度为40～70mg/cm2的电池，该专利制作方法简洁、效果好、可批量生产，能够有效提高单体锂离子电池的能量密度。CN106848378A公开了一种高能量密度软包叠片电池，其在正极涂布时采用364g/m2以上的高面密度，在单位容量不变的前提下，能够有效减少铝箔、铜箔、隔膜使用的使用量，从而在厚度上提供更大空间，使得增加极片层数提高容量成为可能。CN104577193B公开了一种提高锂离子动力电池的能量密度的方法，其通过增加正极片和负极片的面密度或厚度，使集流体与隔膜的用量占整个电池的重量比例相应减少，从而使活性物质占整个电池的重量比比例得以提高，提高了电池的能量密度。
[0004]现有技术中通常采用厚涂布技术制备极片，通过提高单位面积的活性物质负载量，可以显著提升电芯的能量密度。然而，因极片厚度增加且锂离子传输路径增加，电芯的动力学性能会有所恶化。因此，在保证电池高能量密度的前提下，如何改善电芯的功率性能等是研究人员亟需攻克的难点。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种正极及其制备方法和锂离子电池。本专利技术采用实心颗粒和空心颗粒配合，空心颗粒沿极片厚度方向呈梯度分布的方式制备正极，这种正极的结构有利于电解液的浸润和扩散，降低了电池极化，缩短了锂离子的传输路径，增加了极片的孔隙率，降低了电池的内阻，改善了电池的动力学性能，采用这种正极制备得到的锂离子电池具有较好的功率性能和较高的能量密度。
[0006]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种正极，所述正极包括集流体和设置于所述集流体至少一侧表面的正极活性涂层，所述正极活性涂层包括正极活性材料，所述正极活性材料包括实心颗粒和空心颗粒，沿远离所述集流体一侧表面的方向，所述正极活性涂层中空心颗粒的质量含量呈梯度递增分布。
[0008]本专利技术的正极中包括高振实密度的实心颗粒和中空结构的空心颗粒，空心颗粒沿
正极的厚度方向呈梯度分布，靠近正极集流体一侧的空心颗粒的质量占比相对较低，远离正极集流体一侧的空心颗粒的质量占比相对较高。第一方面，空心颗粒和实心颗粒相配合，增加了正极的孔隙率，有效地缩短了锂离子传输路径，且正极表面的空心颗粒含量较高，大量空腔有利于电解液的快速浸润与扩散；另一方面，电极的界面处阻抗较大，本专利技术中实心颗粒和空心颗粒相配合，且空心颗粒的质量含量从集流体到正极表面梯度递增分布的结构，能够降低电池极化，大幅改善了电池的动力学性能，同时靠近集流体一侧具有较高含量的实心颗粒，保证了电芯的高能量密度，使电池兼具较高的能量密度、较好的倍率性能和良好的循环稳定性。
[0009]优选地，所述空心颗粒的粒径D50为1～25μm，例如可以是1μm、2μm、4μm、6μm、8μm、10μm、12μm、14μm、16μm、18μm、20μm、22μm、24μm或25μm等，优选为2～10μm。
[0010]优选地，所述空心颗粒为球形结构和/或类球形结构，所述空心颗粒的壁厚与内腔直径的比值为0.01～1，例如可以是0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1等，优选为0.02～0.5。
[0011]优选地，所述空心颗粒的壁厚为10～1000nm，例如可以是10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm或1000nm等，优选为50～500nm。
[0012]优选地，所述空心颗粒的内腔直径为1～20μm，例如可以是1μm、2μm、4μm、6μm、8μm、10μm、12μm、14μm、16μm、18μm或20μm等，优选为2～10μm。
[0013]本专利技术中的空心颗粒的壁厚较薄(<1μm)，内腔直径为微米级，空心颗粒优选特定的壁厚、内腔直径以及两者的比值，能够进一步缩短锂离子的传输路径，并显著增加极片的孔隙率，降低电池的内阻，进一步提升电池的能量密度、倍率性能和循环性能。
[0014]优选地，所述实心颗粒的粒径D50为1～30μm，例如可以是1μm、2μm、5μm、8μm、10μm、14μm、18μm、24μm、28μm或30μm等。
[0015]本专利技术采用合适粒径的实心颗粒和空心颗粒搭配使用，制备得到的正极具有较好的电化学性能。
[0016]作为本专利技术所述正极的优选技术方案，以所述正极活性涂层的质量为100％计，所述空心颗粒的质量含量为0～90％，例如可以是1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％等，且不含0％，优选为30～50％。
[0017]本专利技术中空心颗粒在正极活性涂层中存在合适的质量含量，当空心颗粒占比过少，电芯动力学性能较差，电芯内阻偏大；当空心颗粒占比过多，正极极片压实偏低，电芯能量密度降低。
[0018]作为本专利技术所述正极的优选技术方案，所述正极活性涂层的层数为至少1层，例如可以是1层、2层、3层、4层、5层、6层、7层、8层或9层等，本专利技术中正极活性涂层中相邻两层之间空心颗粒的含量可以相同，也可以不同，但必须满足正极活性涂层整体上空心颗粒的含量为沿远离集流体一侧表面的方向呈梯度递增。
[0019]优选地，所述正极活性涂层为至少2层，沿远离所述集流体一侧表面的方向，所述正极活性涂层中的空心颗粒的质量含量增加。
[0020]优选地，所述正极活性涂层中相邻的层之间空心颗粒的质量含量之差为0～60％，例如可以是0％、10％、20％、30％、40％、50％或60％等。
[0021]优选地，所述正极活性涂层包括靠近集流体一侧表面的第一活性材料层和远离集流体一侧表面的第二活性材料层。
[0022]优选地，所述第一活性材料层和所述第二活性材料层的厚度之比为0.2～5，例如可以是0.2、0.6、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5或5等。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极，其特征在于，所述正极包括集流体和设置于所述集流体至少一侧表面的正极活性涂层，所述正极活性涂层包括正极活性材料，所述正极活性材料包括实心颗粒和空心颗粒，沿远离所述集流体一侧表面的方向，所述正极活性涂层中空心颗粒的质量含量呈梯度递增分布。2.根据权利要求1所述的正极，其特征在于，所述空心颗粒的粒径D50为1～25μm，优选为2～10μm；优选地，所述空心颗粒为球形结构和/或类球形结构，所述空心颗粒的壁厚与内腔直径的比值为0.01～1，优选为0.02～0.5；优选地，所述空心颗粒的壁厚为10～1000nm，优选为50～500nm；优选地，所述空心颗粒的内腔直径为1～20μm，优选为2～10μm。3.根据权利要求1或2所述的正极，其特征在于，所述实心颗粒的粒径D50为1～30μm。4.根据权利要求1
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3任一项所述的正极，其特征在于，以所述正极活性涂层的质量为100％计，所述空心颗粒的质量含量为0～90％，且不含0％，优选为30～50％。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的正极，其特征在于，所述正极活性涂层的层数为至少1层；优选地，所述正极活性涂层为至少2层，沿远离所述集流体一侧表面的方向，所述正极活性涂层中的空心颗粒的质量含量增加；优选地，所述正极活性涂层中相邻的层之间空心颗粒的质量含量之差为0～60％；优选地，所述正极活性涂层包括靠近集流体一侧表面的第一活性材料层和远离集流体一侧表面的第二活性材料层；优选地，所述第一活性材料层和所述第二活性材料层的厚度之比为0.2～5；优选地，以所述第一活性材料层的质量为100％计，所述第一活性材料层中的空心颗粒的质量...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓海福，谭啸楠，潘长委，李文文，
申请(专利权)人：天津市捷威动力工业有限公司，
类型：发明
国别省市：