正极片及其制备方法、电极组件、电池单体、电池和用电设备技术

本申请涉及一种正极片及其制备方法、电极组件、电池单体、电池和用电设备，属于二次电池技术领域。该正极片的正极活性材料层包括覆盖于正极集流体的表面向外依次设置的第一正极活性材料层和第二正极活性材料层，第一正极活性材料层中的第一正极活性材料包括化学式为LiNi

【技术实现步骤摘要】
正极片及其制备方法、电极组件、电池单体、电池和用电设备


[0001]本申请涉及二次电池
，且特别涉及一种正极片及其制备方法、电极组件、电池单体、电池和用电设备。

技术介绍

[0002]现有的锂离子电池中，正极材料通常为三元材料，例如：镍钴锰酸锂Li(NiCoMn)O2材料，该材料中含有钴，钴对正极材料的动力学和稳定性起关键作用。但是，钴仅有部分参与电化学反应，钴的存在会降低镍的含量降低能量密度，且钴的成本也较高。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本申请提供一种正极片及其制备方法、电极组件、电池单体、电池和用电设备，以降低钴的使用量。
[0004]第一方面，本申请实施例提供了一种正极片，包括正极集流体和正极活性材料层，正极活性材料层包括覆盖于正极集流体的表面向外依次设置的第一正极活性材料层和第二正极活性材料层，第一正极活性材料层中的第一正极活性材料包括化学式为LiNi
x1
Mn
(1
‑
x1)
O2的无钴材料，0＜x1＜1；第二正极活性材料层中的第二正极活性材料包括化学式为LiFe
x2
Mn
(1
‑
x2)
PO4的磷酸锰铁锂材料，0＜x2＜1；其中，无钴材料的Dv50为纳米级，磷酸锰铁锂材料的Dv50为微米级。
[0005]本申请实施例的技术方案中，使用了化学式为LiNi
x1
Mn
(1
‑
x1)
O2的无钴材料作为正极活性材料，可以降低钴的使用量，降低正极活性材料的成本；同时，无钴材料的Dv50为纳米级，相比于常规无钴材料，提升其快充能力；同时，在无钴材料的上层设置有化学式为LiFe
x2
Mn
(1
‑
x2)
PO4的磷酸锰铁锂材料形成的第二正极活性材料层，且磷酸锰铁锂材料的Dv50为微米级，可以在一定程度上降低无钴材料与电解液直接接触的概率，降低产气，提高正极片的稳定性，可以在保证正极片容量保持率的同时，降低产气，并且能够降低成本。
[0006]在一些实施例中，无钴材料的Dv50为100nm～300nm，磷酸锰铁锂材料的Dv50为1μm～3μm。上述粒径的无钴材料的容量较高，同时稳定性较差，容量保持率低，产气较为明显；其与上述粒径的磷酸锰铁锂材料进行配合使用，可以良好地改善产气的问题，可以使正极片的稳定性和安全性进一步提高，同时，使其容量保持率也更高。
[0007]在一些实施例中，无钴材料在第一正极活性材料和第二正极活性材料中的质量占比为20％～80％。无钴材料的添加量在上述范围内，可以使正极片的容量较高的同时，进一步提高容量保持率，产气问题得到良好的改善。
[0008]在一些实施例中，第一正极活性材料还包括化学式为LiNi
x3
Co
y3
Mn1‑
x3
‑
y3
O2的低钴材料，其中，0.5≤x3＜1，0＜y3≤0.05，低钴材料在第一正极活性材料中的质量占比不高于30％。第一活性材料中也可以添加少量的低钴材料，可以使第一正极活性材料层的稳定性得到提升，也可以进一步提高正极片的容量保持率。
[0009]在一些实施例中，第一正极活性材料的电压平台与第二正极活性材料的电压平台
之差的绝对值≤0.3V。二者的电压平台之差的值较小，可以使正极片的稳定性和能量密度更高。
[0010]在一些实施例中，0.2≤x2≤0.8。磷酸锰铁锂材料中的x2满足上述条件，可以使正极片的稳定性和能量密度均较高。
[0011]在一些实施例中，第二正极活性材料包括化学式为LiFe
0.5
Mn
0.5
PO4和化学式为LiFe
0.3
Mn
0.7
PO4的磷酸锰铁锂材料，LiFe
0.3
Mn
0.7
PO4材料在第二正极活性材料中的质量占比不高于30％。当无钴材料的Dv50为100nm～300nm范围内时，磷酸锰铁锂材料使用上述两种化学式的材料进行配合，且其含量满足上述范围，可以使含有该正极片的电极组件的稳定性较高的同时，使其能量密度也有一定的提高。
[0012]在一些实施例中，第一正极活性材料的至少部分表面包覆有第一结构型导电聚合物层，第一结构型导电聚合物层的质量在第一正极活性材料与第一结构型导电聚合物层的总和质量中占比为0.5％～3％。第一结构型导电聚合物包覆在第一正极活性材料的表面，可以提高第一正极活性材料的离子电导和/或电子电导性能，使第一正极活性材料层的离子传导和/或电子传导性能增强。
[0013]在一些实施例中，第二正极活性材料的至少部分表面包覆有第二结构型导电聚合物层，第二结构型导电聚合物层的质量在第二正极活性材料与第二结构型导电聚合物层的总和质量中占比为0.5％～3％。第二结构型导电聚合物包覆在第二正极活性材料的表面，可以提高第二正极活性材料的离子电导和/或电子电导性能，使第二正极活性材料层的离子传导和/或电子传导性能增强。
[0014]在一些实施例中，第一结构型导电聚合物层的材料和/或第二结构型导电聚合物层的材料包括离子型聚合物和电子型聚合物。可以使正极活性材料的离子传导和电子传导性能均增强，提高其倍率性能。
[0015]在一些实施例中，离子型聚合物包括聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚丁二酸乙二醇酯、聚乙二醇亚胺中的至少一种。
[0016]在一些实施例中，电子型聚合物包括聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯、聚哇啉中的至少一种。
[0017]在一些实施例中，第一结构型导电聚合物层的材料和/或第二结构型导电聚合物层的材料为聚苯胺和聚乙二醇的混合物，聚苯胺占混合物的质量占比为30％～70％。可以使正极活性材料的离子传导和电子传导性能均具有较好的增强，以提高其倍率性能。
[0018]在一些实施例中，聚苯胺的重均分子量为20000～80000，聚苯胺的结构式为：
[0019]其中，y＝0.5。聚苯胺为氧化单元数和还原单元数相等的中间氧化态，电子传导的效果更好。
[0020]在一些实施例中，聚乙二醇的重均分子量为800～4000。
[0021]第二方面，本申请提供一种电极组件，包括负极片、隔离膜和第一方面提供的任一正极片，隔离膜设置于正极片和负极片之间。
[0022]本申请实施例的技术方案中，使用上述正极片形成的电极组件，其容量保持率较
高，产气较低，成本也较低。
[0023]第三方面，本申请提供一种电池单体，包括第二方面提供的电极组件。
[0024]第四方面，本申请提供一种电池，包括第三方面提供的电池单体。
[0025]第五方面，本申请提供一种用电设备，包括第四方面提供的电池。
[0026]第六方面，本申请提供一种正极片的制备方法，包括如下步骤：将第一正极活性浆料涂覆在正极集流体的表面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极片，其特征在于，包括正极集流体和正极活性材料层，所述正极活性材料层包括覆盖于所述正极集流体的表面向外依次设置的第一正极活性材料层和第二正极活性材料层，所述第一正极活性材料层中的第一正极活性材料包括化学式为LiNi
x1
Mn
(1
‑
x1)
O2的无钴材料，0＜x1＜1；所述第二正极活性材料层中的第二正极活性材料包括化学式为LiFe
x2
Mn
(1
‑
x2)
PO4的磷酸锰铁锂材料，0＜x2＜1；其中，所述无钴材料的Dv50为纳米级，所述磷酸锰铁锂材料的Dv50为微米级。2.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述无钴材料的Dv50为100nm～300nm，所述磷酸锰铁锂材料的Dv50为1μm～3μm。3.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述无钴材料在所述第一正极活性材料和所述第二正极活性材料中的质量占比为20％～80％。4.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述第一正极活性材料还包括化学式为LiNi
x3
Co
y3
Mn1‑
x3
‑
y3
O2的低钴材料，其中，0.5≤x3＜1，0＜y3≤0.05，所述低钴材料在所述第一正极活性材料中的质量占比不高于30％。5.根据权利要求2所述的正极片，其特征在于，所述第一正极活性材料的电压平台与所述第二正极活性材料的电压平台之差的绝对值≤0.3V。6.根据权利要求5所述的正极片，其特征在于，0.2≤x2≤0.8。7.根据权利要求6所述的正极片，其特征在于，所述第二正极活性材料包括化学式为LiFe
0.5
Mn
0.5
PO4和化学式为LiFe
0.3
Mn
0.7
PO4的磷酸锰铁锂材料，所述LiFe
0.3
Mn
0.7
PO4材料在所述第二正极活性材料中的质量占比不高于30％。8.根据权利要求1～7任一项所述的正极片，其特征在于，所述第一正极活性材料的至少部分表面包覆有第一结构型导电聚合物层，所述第一结构型导电聚合物层的质量在所述第一正极活性材料与所述第一结构型导电聚合物层的总和质量中占比为0.5％～3％；和/或，所述第二正极活性材料的至少部分表面包覆有第二结构型导电聚合物层，所述第二结构型导电聚合物层的质量在所述第二正极活性材料与所述第二结构型导电聚合物层的总和质量中占比为0.5％～3％。9.根据权利要求8所述的正极片，其特征在于，所述第一结构型导电聚合物层的材料和/或所述第二结构型导电聚合物层的材料包括离子型聚合物和电子型聚合物。10.根据权利要求9所述的正极片，其特征在于，所述离子型聚合物包括聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚丁二酸乙二醇酯、聚乙二醇亚胺中的至少一种；所述电子型聚合物包括聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯、聚哇啉中的至少一种。11.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：李静如，史松君，来佑磊，朱映华，童星，鲁志远，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：