一种复合正极和锂离子电池制造技术

本发明专利技术公开了一种复合正极和锂离子电池，所述复合正极包括设置在集流体表面的三元活性物质层，沿着远离所述三元活性物质层的方向依次设置油性聚合物固态电解质层、磷酸锰铁锂层和水性聚氨酯基固态电解质层；本发明专利技术的复合正极应用于锂离子电池，可以在提升安全性能的同时保证高的能量密度。同时保证高的能量密度。

【技术实现步骤摘要】
一种复合正极和锂离子电池


[0001]本专利技术涉及电池
，涉及一种复合正极和锂离子电池。

技术介绍

[0002]在当今社会中，锂离子电池因其循环性能好、对环境友好等优点，逐渐成为最主要的可移动能源。相应的，锂离子电池的安全性和能量密度也越来越受到人们的重视。
[0003]复合正极是指通过固态电解质材料或固态电解质层与正极材料或正极活性物质层进行复合，得到具有复合结构的正极层，从而提高电池的安全性、电化学性能、结构性能以及界面性能。
[0004]申请人在之前的研究中制备了一种复合正极，包括设置在集流体表面的复合正极层、由PEO或PEG组成的油溶性聚合物固态电解质层、磷酸锰铁锂层以及水性聚氨酯基固态电解质层，该复合正极结构具有较高的安全性，且各层复合性好，但PEG和PEO虽然能够溶解于油性溶剂，但本身属于亲水性聚合物，在制备过程中易吸水，依然会对三元材料造成影响。
[0005]为此，如何对复合正极进行结构优化，进一步提升电池的安全和电化学性能十分必要。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提出一种复合正极和锂离子电池。本专利技术的复合正极应用于锂离子电池，可以在提升安全性能的同时保证高的能量密度。
[0007]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种复合正极，所述复合正极包括设置在集流体表面的三元正极活性物质层，沿着远离所述三元正极活性物质层的方向依次设置油性聚合物固态电解质层、磷酸锰铁锂层和水性聚氨酯基固态电解质层。
[0008]以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。
[0009]所述三元正极活性物质层包括靠近集流体一侧的第一三元正极活性物质层和远离集流体一侧的第二三元正极活性物质层，所述第一三元正极活性物质层包含第一三元正极材料，所述第二三元正极活性物质层包含第二三元正极材料，所述第二三元正极活性物质层中第二三元正极材料的镍含量低于所述第一三元正极活性质层中第一三元正极材料的镍含量。
[0010]所述第一三元正极材料的分子式为Li(Ni
a1
Co
b1
X
c1
)O2，其中a1+b1+c1=1，X选自Mn或Al中的一种或其混合物；所述第二三元正极材料的分子式为Li(Ni
a2
Co
b2
Y
c2
)O2，其中a2+b2+c2=1，Y选自Mn或Al中的一种或其混合物；可以理解的是，第二三元正极材料的镍含量低于第一三元正极材料也即a2<a1。
[0011]在一个实施方式中，所述三元正极活性物质层占所述复合正极总厚度的60
‑
80%，例如60%、65%、70%、72%、74%、75%、77%、78%或80%等。
[0012]在一个实施方案中，所述第一三元正极活性物质层和所述第二三元正极活性物质层的厚度比为1
‑
99:1。
[0013]在一个实施方式中，所述油性聚合物固态电解质层的离子电导率低于所述水性聚氨酯基固态电解质层的离子电导率。
[0014]在一个实施方式中，所述油性聚合物固态电解质层包括聚合物和锂盐。
[0015]所述油性聚合物固态电解质层的厚度为1
‑
5μm；所述油性聚合物固态电解质层中的聚合物是PVDF和PTFE中的至少一种；在一个实施方式中，所述水性聚氨酯基固态电解质层占所述复合正极总厚度的5
‑
15%，例如5%、6%、7%、8%、10%、12%、13%或15%等，优选为7
‑
12%。
[0016]在一个实施方式中，所述水性聚氨酯基固态电解质层的离子电导率为(6.0
‑
7.0)
×
10
‑5S
·
cm
‑1，例如6.2
×
10
‑5S
·
cm
‑1、6.5
×
10
‑5S
·
cm
‑1、6.8
×
10
‑5S
·
cm
‑1或6.6
×
10
‑5S
·
cm
‑1等，优选为6.6
×
10
‑5S
·
cm
‑1。
[0017]在一个实施方式中，所述水性聚氨酯基固态电解质层包括非离子水性聚氨酯和锂盐。
[0018]在一个实施方式中，所述磷酸锰铁锂层中还包括第二粘结剂和第二导电剂。
[0019]第二粘结剂是用来将磷酸锰铁锂正极材料、第二导电剂以及集流体等组分粘结在一起，具体地，可以包含选自由聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、羟丙基纤维素、聚乙烯基吡咯烷酮、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯
‑
丙烯
‑
二烯单体、苯乙烯
‑
丁二烯橡胶和氟橡胶组成的组中的至少一种，优选聚偏二氟乙烯。
[0020]在一个实施方式中，所述磷酸锰铁锂层中包含的正极粘结剂的量可以为1wt%
‑
20wt%，例如1wt%、3wt%、5wt%、7wt%、10wt%、12.5wt%、15wt%、16wt%、18wt%或20wt%等，优选1.2wt%至10wt%。
[0021]第二方面，本专利技术提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括第一方面所述的复合正极。
[0022]与已有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术中，通过三元正极活性物质层、磷酸锰铁锂层和水性聚氨酯基固态电解质层的配合，可以保证电池具有高的能量密度和安全性能。
[0023]由于三元正极材料对水分敏感，因此，在三元正极活性物质层表面设置油性聚合物固态电解质层，避免了水分对三元正极材料的影响；而由于磷酸锰铁锂层对水分不敏感，因此，其表面设置水性聚氨酯基固态电解质层可以降低工艺难度，同时，提升离子电导率。
具体实施方式
[0024]下面通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。
[0025]本专利技术在一实施例提供一种复合正极，所述复合正极包括设置在集流体表面的三元正极活性物质层，沿着远离所述三元正极活性物质层的方向依次设置油性聚合物固态电解质层、磷酸锰铁锂层和水性聚氨酯基固态电解质层。
[0026]在本专利技术的一个实施方式中，通过三元正极活性物质层、油性聚合物固态电解质
层、磷酸锰铁锂层和水性聚氨酯基固态电解质层的配合，可以保证电池具有高的能量密度和安全性能。其中，三元正极活性物质层有利于提升电池的能量密度；磷酸锰铁锂层具有良好的安全性能和比磷酸铁锂高的能量密度，其作为正极的涂层不仅给电芯提供部分容量，而且相比于纯三元电芯提升了安全性；聚氨酯具有特殊的软硬段结构，其分子可设计性强本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合正极，其特征在于，所述复合正极包括设置在集流体表面的三元正极活性物质层，沿着远离所述三元正极活性物质层的方向依次设置油性聚合物固态电解质层、磷酸锰铁锂层和水性聚氨酯基固态电解质层；所述三元正极活性物质层包括靠近所述集流体一侧的第一三元正极活性物质层和远离所述集流体一侧的第二三元正极活性物质层，所述第一三元正极活性物质层包含第一三元正极材料，所述第二三元正极活性物质层包含第二三元正极材料；所述第一三元正极材料的分子式为Li(Ni
a1
Co
b1
X
c1
)O2，其中a1+b1+c1=1，其中，X选自Mn或Al中的一种或其混合物；所述第二三元正极材料的分子式为Li(Ni
a2
Co
b2
Y
c2
)O2，其中a2+b2+c2=1，其中，Y选自Mn或Al中的一种或其混合物；其中a2<a1；所述三元正极活性物质层占所述复合正极总厚度的60
‑
80%；所述油性聚合物固态电解质层中的聚合物是PVDF和PTFE中的至少一种；所述油性聚合物固态电解质层的厚度为1
‑
5μm；所述磷酸锰铁锂层占所述复合正极总厚度的10<...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯玉川，沈志鹏，李峥，陈凯，何泓材，
申请(专利权)人：清陶昆山能源发展股份有限公司，
类型：发明
国别省市：