正极片、电芯和电池制造技术

本申请涉及锂离子电池技术领域，具体涉及正极片、电芯和电池。该正极片的正极活性物质层包括正极活性物质、导电剂、粘结剂和半导体材料。本发明专利技术在正极材料中掺杂半导体材料，既能防止常温析锂，又能实现延长高温循环寿命、实现高低温兼顾的目的。实现高低温兼顾的目的。实现高低温兼顾的目的。

【技术实现步骤摘要】
正极片、电芯和电池


[0001]本申请涉及锂离子电池
，具体涉及正极片、电芯和电池。

技术介绍

[0002]随着设备的发展，人们对便携式移动办公设备的需求越来越迫切，同时为了满足人们的办公需求其使用环境也变得越来越苛刻，那么必然锂离子电池的就必须具备高的性能，如需要同时兼顾快充与能量密度，低温放电与高温储存，高低温循环兼顾等，其中最重要的也是使用场景最大的功能必然是高低温循环兼顾的锂离子电池；但是这两者往往是一个矛盾点，提高负极动力学必然可以提高常温循环寿命；但在高温下高动力学的负极副反应增多，高温循环寿命就会下降；降低负极动力学提高正极动力学其高温循环寿命就会变好，但是其常温就会析锂，常温循环寿命就会降低；无法实现高低温循环兼顾。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术提供了正极片、电芯和电池。该正极片充分解决现有锂离子电池不能实现高低温循环兼顾的问题，解决负极边缘析锂问题，提高锂离子电池的综合性能。
[0004]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0005]本专利技术提供了一种正极片，该正极片的正极活性物质层包括正极活性物质、导电剂、粘结剂和半导体材料。
[0006]从常温循环的原理看，要想实现常温长寿命就必须提高负极动力学(提高负极的嵌锂能力)或者降低正极的导电性(降低正极脱锂速度，间接降低负极侧单位时间内的锂离子浓度，让负极有足够的时间嵌锂，避免析锂)。从高温循环的原理看，要想改善高温循环就必须降低负极侧的副反应，降低电解液消耗(降低负极动力学，这会导致常温析锂)或者提高正极侧的导电性，降低正极在高温高电压下极化，降低反应的发生，减少电解液的消耗，稳定正极结构，提高高温循环寿命(提高正极导电性，间接提高其脱锂能力，负极侧单位时间内的锂离子浓度提升，负极侧有析锂的风险)。
[0007]基于上述，理解负极的嵌锂能力与材料自身有关，一旦固定材料，其嵌锂能力无法受外界的变化而变化，所以需要选择一款尽量避免副反应的发生，但需要保证一定嵌锂能力的负极；因此需要专利技术一种正极片，其导电性可以根据温度的变化而变化，要想实现高低温兼顾，根据上述分析，正极侧在常温下其导电性变弱，减少锂离子的脱出，在高温下提高正极的导电性降低正极侧极化，降低副反应提高正极侧的稳定性。
[0008]本专利技术提供的正极片其正极配方除了含有常规的材料，如正极材料、导电剂、粘结剂之外，还加入了一种半导体材料，该材料具有常温下高阻抗不导电，高温下低阻抗导电的特点，这样可以实现上述需求，使得正极片在常温下导电性差、脱锂少、负极不易析锂，高温下导电性高、极化小、高温寿命好，实现高低温兼顾。
[0009]作为优选，半导体材料选自无机化合物半导体二元系、过渡金属元素的氧化物中的一种或两种。
[0010]作为优选，无机化合物半导体二元系选自
Ⅳ‑Ⅳ
族化合物半导体材料、
Ⅴ‑Ⅵ
族化合物半导体材料中的一种或两种；
[0011]在本专利技术具体实施例中，
Ⅳ‑Ⅳ
族化合物半导体材料选自SiC、GeSi中的一种或两种；
[0012]在本专利技术具体实施例中，
Ⅴ‑Ⅵ
族化合物半导体材料选自Bi2Te3、Bi2Se3、Bi2S3、As2Te3中的一种或多种。
[0013]作为优选，过渡金属元素的氧化物选自Zr、Cu、Zn、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni中的一种或多种的氧化物；
[0014]在本专利技术具体实施例中，过渡金属元素的氧化物为ZrO2。
[0015]作为优选，半导体材料的粒径D
50
为1～1000nm。
[0016]本专利技术半导体材料的粒径较小，是为了实现大面积分布，不出现局部聚集呈现局部不导电的问题，确保极片内部大面积还是导电状态。
[0017]优选地，半导体材料的粒径D
50
为1～100nm。
[0018]在本专利技术具体实施例中，半导体材料的粒径D
50
为10nm。
[0019]作为优选，半导体材料的用量为导电剂用量的10wt％～30wt％。该半导体的用量可以尽量不影响其常温导电性，又兼顾高温导电性能。
[0020]优选地，半导体材料的用量为导电剂用量的12wt％～25wt％。
[0021]作为优选，正极活性物质、导电剂、粘结剂的质量比为(75～100):(0.5～15):(0.5～15)。
[0022]在本专利技术具体实施例中，正极活性物质、导电剂、粘结剂的质量比为(90～100):(0.5～3):(0.5～3)。
[0023]作为优选，正极活性物质选自钴酸锂、镍钴锰、磷酸铁锂、镍钴铝、锰酸锂中的一种或多种；
[0024]作为优选，导电剂选自乙炔黑、导电炭黑、科琴黑、导电纤维、导电聚合物、碳纳米管、石墨烯、鳞片石墨、导电氧化物、金属颗粒中的一种或多种；
[0025]作为优选，粘结剂选自聚偏氟乙烯、偏氟乙烯
‑
六氟丙烯的共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯、丁苯橡胶中的一种或多种。
[0026]在本专利技术提供的具体实施例中，正极片还包括正极集流体。
[0027]本专利技术还提供了一种电芯，该电芯包括上述正极片。
[0028]在本专利技术提供的具体实施例中，电芯还包括负极片、隔膜、电解液中的一种或多种。
[0029]作为优选，负极片包括负极集流体和负极活性物质层，负极活性物质层包括负极活性物质、导电剂、粘结剂和增稠剂。
[0030]作为优选，负极活性物质层中负极活性物质、导电剂、粘结剂、增稠剂的质量比为(75～100):(0.5～15):(0.5～15):(0.1～15)。
[0031]在本专利技术具体实施例中，负极活性物质、导电剂、粘结剂、增稠剂的质量比为(90～100):(0.5～3):(0.5～3):(0.5～2.5)。
[0032]作为优选，负极活性物质选自人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳、有
机聚合物碳、钛酸锂中的一种或多种；
[0033]作为优选，导电剂选自导电炭黑、碳纤维、科琴黑、乙炔黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种；
[0034]作为优选，粘结剂选自丁苯橡胶、聚偏氟乙烯、聚丙烯酸、聚四氟乙烯、聚氧化乙烯中的一种或多种；
[0035]作为优选，增稠剂选自羧甲基纤维素钠、羟甲基纤维素锂、甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素中的一种或多种。
[0036]在本专利技术具体实施例中，电解液为非水电解液，非水电解液包括非水有机溶剂、锂盐和添加剂。
[0037]在一些实施例中，非水有机溶剂选自碳酸亚乙酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸乙烯酯、γ
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极片，其特征在于，所述正极片的正极活性物质层包括正极活性物质、导电剂、粘结剂和半导体材料。2.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述半导体材料选自无机化合物半导体二元系、过渡金属元素的氧化物中的一种或两种。3.根据权利要求2所述的正极片，其特征在于，所述无机化合物半导体二元系选自
Ⅳ‑Ⅳ
族化合物半导体材料、
Ⅴ‑Ⅵ
族化合物半导体材料中的一种或两种；作为优选，所述
Ⅳ‑Ⅳ
族化合物半导体材料选自SiC、GeSi中的一种或两种；作为优选，所述
Ⅴ‑Ⅵ
族化合物半导体材料选自Bi2Te3、Bi2Se3、Bi2S3、As2Te3中的一种或多种。4.根据权利要求2所述的正极片，其特征在于，所述过渡金属元素的氧化物选自Zr、Cu、Zn、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni中的一种或多种的氧化物；作为优选，所述过渡金属元素的氧化物为ZrO2。5.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述半导体材料的粒径D
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【专利技术属性】
技术研发人员：张保海，彭冲，李俊义，
申请(专利权)人：珠海冠宇电池股份有限公司，
类型：发明
国别省市：