一种正极极片及其制备方法与二次电池技术

本发明专利技术提供了一种正极极片及其制备方法与二次电池，所述正极极片包括集流体，以及设置在集流体单侧或双侧的活性材料层，所述活性材料层包括LFP和粘结剂，LFP的表面包覆有碳层；所述活性材料层中，LFP表面包覆碳含量的占比C，粘结剂含量的占比A，以及LFP的粒径D90、D50和D10满足：0.05≤C/A/[(D90

【技术实现步骤摘要】
一种正极极片及其制备方法与二次电池


[0001]本专利技术属于电池领域，涉及一种正极极片，尤其涉及一种正极极片及其制备方法与二次电池。

技术介绍

[0002]在储能领域，LFP(磷酸铁锂)电池一直以低成本和长循环的优势获得广泛应用。但是，目前碳酸锂等原材料的价格出现了大幅度上涨，造成磷酸铁锂电池的成本不断提升。现阶段在保证磷酸铁锂电池原有的倍率性能、高温存储、长循环性能的提前下，实现低成本、高效率生产成为了现在的研究方向。通常情况，可以从以下维度进行改善：(1)材料设计：通过低成本生产工艺路线，制备低成本的正负极主材及辅料；(2)配方优化：通过改变正负极体系导电剂、粘结剂占比，实现每GWh所需辅料用量下降；(3)高效制程工艺：通过缩短匀浆、制程、化成分容等工序时间，提高生产效率，实现降低成本。
[0003]CN 114171725A公开了一种锂离子电池正极浆料的制备方法，采用湿法不制胶工艺将正极活性物质、导电剂以及大部分NMP预混均匀，然后将混合物料与PVDF粉料以及余量的NMP混合，避免了制胶步骤；虽然该工艺避免了纯干法工艺可能的电流过载的问题，也提高了工作效率，降低电芯生产成本，然而在量产过程中湿法不制胶工艺易出现因PVDF分子量批次不稳定，带来的PVDF未能完全溶解的现象，还会导致过筛问题和K值不良的问题。
[0004]基于以上研究，需要提供一种正极极片，所述正极片的成本低，能保证电芯良好的倍率性能、高温存储和长循环性能等性能，此外，还避免了单一维度带来的电芯质量稳定性问题。
专利技术内容
[0005]本专利技术的目的在于提供一种正极极片及其制备方法与二次电池，所述正极极片从材料设计和配方优化的角度降低电池的成本，通过合理搭配活性材料、粘接剂添加量和活性材料的粒径分布宽度，提升了电池的充放电性能、高温存储和高温长循环性能，同时克服了仅考虑单一因素造成的电池质量稳定性的问题。
[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极片，所述正极极片包括集流体，以及设置在集流体单侧或双侧的活性材料层，所述活性材料层包括LFP和粘结剂，LFP的表面包覆有碳层；
[0008]所述活性材料层中，LFP表面包覆碳含量的占比C，粘结剂含量的占比A，以及LFP的粒径D90、D50和D10满足：0.05≤C/A/[(D90
‑
D10)/D50]≤0.9。
[0009]本专利技术通过考虑锂离子电池充电时：锂离子从正极活性材料LFP中溶出、液相扩散并嵌入负极活性材料层间，电子能从LFP表面包覆碳的导电介质中传递到集流体，并通过外电路传递到负极中；锂离子电池放电时：锂离子从负极材料层间溶出、液相扩散并嵌入LFP晶格中，电子从导电介质传递到集流体，并通过外电路传递到正极LFP中；可见锂离子电池的这种“摇椅理论”只需要保证锂离子和电子两者充分的传输通道，即可实现储能电芯的小
倍率充放电、高温存储和长循环等性能。
[0010]因此，本专利技术通过考虑LFP包覆碳含量、LFP粒径分布和粘结剂用量会影响锂离子传输路径和导电网络，对电池电性能起到的协同作用，将上述特征满足特定关系式，保证了锂离子和电子两者充分的传输通道，因而保证了磷酸铁锂电池良好的1C倍率性能、高温存储和高温长循环性能，实现了降本增效的目的。
[0011]所述C/A/[(D90
‑
D10)/D50]为0.05
‑
0.9，例如可以是0.05、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85或0.9，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0012]本专利技术所述D10是活性材料层中的LFP累计体积百分数达到10％时所对应的粒径，单位为μm；所述D50是活性材料层中的LFP累计体积百分数达到50％时所对应的粒径，单位为μm；所述D90是活性材料层中的LFP累计体积百分数达到90％时所对应的粒径，单位为μm。
[0013]优选地，所述活性材料层设置在集流体的两侧。
[0014]优选地，所述正极极片中不包括导电剂。
[0015]传统锂电池正极体系常采用导电炭黑、CNT或石墨烯等一元或多元导电剂来保证电子传输轨道，而本专利技术所述正极极片中无需添加额外的导电剂，通过LFP表面的碳层及粘结剂的搭配，即可在正极极片中实现完整的导电网络，因此不需要担心导电剂与正极主材间的分散问题，使得正极浆料的分散时间大幅缩短，降低了正极极片的生产成本，并提高了生产效率。
[0016]优选地，LFP的粒径D90、D50和D10满足：1.5≤(D90
‑
D10)/D50≤5.0，例如可以是1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5或5.0，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0017]本专利技术所述LFP粒径在特定范围内，由于LFP的粒径分布将影响其表面包覆碳的空间架构完整度，是决定极片电阻的主要因素之一，还影响正极极片中孔隙率的分布，决定了锂离子传输路径，因此为了使本专利技术的LFP包覆碳搭建为电子传输轨道，需要将LFP粒径和LFP包覆碳的量满足特定范围，才能保证小倍率充放电时电子的正常传输。
[0018]优选地，所述LFP的粒径D90为2.0
‑
6.0μm，例如可以是2.0μm、2.5μm、3.0μm、3.5μm、4.0μm、4.5μm、5.0μm、5.5μm或6.0μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0019]优选地，所述LFP的粒径D50为0.8
‑
1.5μm，例如可以是0.8μm、0.9μm、1.0μm、1.1μm、1.2μm、1.3μm、1.4μm或1.5μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0020]优选地，所述LFP的粒径D10为0.3
‑
0.6μm，例如可以是0.3μm、0.35μm、0.4μm、0.45μm、0.5μm或0.6μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0021]优选地，所述活性材料层中，LFP表面包覆碳含量的占比C为0.8
‑
2.0wt％，例如可以是0.8wt％、0.9wt％、1.0wt％、1.2wt％、1.3wt％、1.4wt％、1.5wt％、1.6wt％、1.7wt％、1.8wt％、1.9wt％或2.0wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0022]本专利技术利用LFP包覆碳搭建了电子传输轨道，证明了特定LFP包覆碳的量也可保证小倍率充放电时电子的正常传输。
[0023]优选地，所述活性材料层中，粘结剂含量的占比A为1.5
‑
3wt％，例如可以是1.5wt％、1.7wt％、1.9wt％、2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，所述正极极片包括集流体，以及设置在集流体单侧或双侧的活性材料层，所述活性材料层包括LFP和粘结剂，LFP的表面包覆有碳层；所述活性材料层中，LFP表面包覆碳含量的占比C，粘结剂含量的占比A，以及LFP的粒径D90、D50和D10满足：0.05≤C/A/[(D90
‑
D10)/D50]≤0.9。2.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述正极极片中不包括导电剂。3.根据权利要求1或2所述的正极极片，其特征在于，LFP的粒径D90、D50和D10满足：1.5≤(D90
‑
D10)/D50≤5.0。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的正极极片，其特征在于，所述LFP的粒径D90为2.0
‑
6.0μm；优选地，所述LFP的粒径D50为0.8
‑
1.5μm；优选地，所述LFP的粒径D10为0.3
‑
0.6μm。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的正极极片，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：金伦，周志行，张欢，刘范芬，张林，苑丁丁，
申请(专利权)人：湖北亿纬动力有限公司，
类型：发明
国别省市：