一种锂离子电池及其制备方法及动力车辆技术

本申请提供了一种锂离子电池及其制备方法，将LiFe1‑

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池及其制备方法及动力车辆


[0001]本申请涉及电池
，具体涉及一种锂离子电池及其制备方法及动力车辆。

技术介绍

[0002]锂离子电池是新一代的绿色高能电池，在电子设备、动力汽车等领域广泛应用，作为锂离子电池重要的组成部分，正极材料的选择直接影响锂离子电池的性能。其中，动力电池使用的正极材料主要包括高安全性能的LiFe1‑
a
Mn
a
PO4(磷酸锰铁锂、磷酸铁锂)、高能量密度的三元材料(如锂镍钴锰氧化物)，但这两类材料均有各自的缺点，如LiFe1‑
a
Mn
a
PO4的比容量低，三元材料的安全性能差等，业界认为将这两种材料混用可有望兼顾二者优点、削弱二者缺点。
[0003]现有LiFe1‑
a
Mn
a
PO4和三元材料的混用方案是将二者的同一混合浆料直接涂布在集流体上，但该混用方案实际不能有效提升电池的安全性能，特别是在三元材料的混合比例较高时。因此，有必要提供一种可真正兼顾高安全性和高能量密度的电池及其制备方法。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本申请将LiFe1‑
a
Mn
a
PO4(0≤a≤0.8)和三元材料用作正极极片的活性材料，并控制正极极片包括含LiFe1‑
a
Mn
a
PO4(0≤a≤0.8)的第一正极涂层、含LiFe1‑
a
Mn
a
PO4和三元材料的第二正极涂层，通过调控LiFe1‑
a
Mn
a
PO4在两个正极涂层中的比例，可在充分发挥整体正极活性材料的容量的同时，使电池具有优异的安全性能。
[0005]第一方面，本申请实施例提供了一种锂离子电池，其包括正极极片、负极极片及位于所述正极极片与负极极片之间的隔膜，所述正极极片包括正极集流体和设置在所述正极集流体上的正极活性材料层，所述正极活性材料层包括第一正极涂层和第二正极涂层，且所述第一正极涂层靠近所述正极集流体，所述第一正极涂层中的正极活性材料包括LiFe1‑
a
Mn
a
PO4，所述第二正极涂层中的正极活性材料包括LiFe1‑
a
Mn
a
PO4和三元材料；所述正极极片的总正极活性材料中，LiFe1‑
a
Mn
a
PO4、三元材料的质量占比分别为A1和A2；所述第一正极涂层中的LiFe1‑
a
Mn
a
PO4在所述总正极活性材料中的质量占比为A5，所述第二正极涂层中的LiFe1‑
a
Mn
a
PO4在所述总正极活性材料中的质量占比为A3；
[0006]定义以下参数：
[0007]Y＝[(Q3×
(1
‑
η3)
×
M3‑
Q1×
(1
‑
η1)
×
(M1+M2)
×
A1‑
Q2×
(1
‑
η2)
×
(M1+M2)
×
A2)]/β
[0008]Z＝α
×
(Q1×
η1×
A1+Q2×
η2×
A2)/β
[0009]且所述Y在
‑
7至4.5的范围内，所述Z在0
‑
6的范围内；
[0010]其中，0≤a≤0.8，Q1、η1分别为所述LiFe1‑
a
Mn
a
PO4的首次充电比容量和首次效率，Q2、η2分别为所述三元材料的首次充电比容量和首次效率，M1、M2分别为所述第一正极涂层中的正极活性材料、所述第二正极涂层中的正极活性材料在所述正极极片上的敷料量；Q3、η3分别为所述负极极片中的负极活性材料的首次放电比容量和首次效率，M3为所述负极活性材料在所述负极片上的敷料量；α为所述正极极片的纵向热扩散速率，单位为mm/s；β为所
述锂离子电池的能量密度，其中，所述Q1、Q2、Q3的单位均为mAh/g，所述β的单位是mWh/g；所述M1、M2、M3的单位均为g/m2。
[0011]需要说明的是，上述Q1及η1、Q2及η2、Q3及η3可分别通过对单独的LiFe1‑
a
Mn
a
PO4(0≤a≤0.8)、三元材料、负极活性材料(如石墨)制成的扣式电池进行实际测试得到，本申请下文会详细介绍。M1、M2、M3为在设计电池时就确定好的一参数，也可通过实测得到。β通过对上述方壳形式的锂离子电池实际测试得到，α通过对上述锂离子电池的正极极片实际测试其纵向热扩散速率得到，本申请下文会详细介绍。其中，Y的单位是g/(m2*V)，Z的单位是mm/(s*V)。
[0012]本申请中的正极极片中虽然含有LiFe1‑
a
Mn
a
PO4和三元材料，但将它们含不同比例分配，使正极极片的正极活性材料层包括组成不同的第一正极涂层和第二正极涂层，其中，靠近正极集流体的第一正极涂层中的正极活性材料含有LiFe1‑
a
Mn
a
PO4，远离正极集流体侧的第二正极涂层中的正极活性材料含有三元材料，且在A3不为0时，其同时含有LiFe1‑
a
Mn
a
PO4和三元材料。基于LiFe1‑
a
Mn
a
PO4的热安全性能好，可保证电池发生热失控时，第一次涂布形成的含LiFe1‑
a
Mn
a
PO4第一正极涂层能较好地阻碍极片的层级之间的热传导，当然，当两个正极涂层中均含有LiFe1‑
a
Mn
a
PO4(A3＞0)时能够起到更好的阻碍热传导作用；而高比容量、电导率高的三元材料主要放在位于正极极片最外侧的第二正极涂层，与电解液的接触更充分，其表面脱/嵌Li+更顺畅，利于展现出其高容量特性；而位于正极极片内层的LiFe1‑
a
Mn
a
PO4材料在三元材料部分放电后，因表层三元材料的Li
+
浓度高、内部LiFe1‑
a
Mn
a
PO4的Li
+
浓度低所产生的Li
+
浓差下，表层三元材料的Li
+
向内部LiFe1‑
a
Mn
a
PO4扩散，使LiFe1‑
a
Mn
a
PO4材料和三元材料之间的电位平衡、倍率性能优异，进而可保证整体电池电芯发挥出高容量。
[0013]因此，在总正极活性材料中LiFe1‑
a
Mn
a
PO4和三元材料的比例相同的情况本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池，包括正极极片、负极极片及位于所述正极极片与负极极片之间的隔膜，所述正极极片包括正极集流体和设置在所述正极集流体上的正极活性材料层，其特征在于，所述正极活性材料层包括第一正极涂层和第二正极涂层，且所述第一正极涂层靠近所述正极集流体，所述第一正极涂层中的正极活性材料包括LiFe1‑
a
Mn
a
PO4，所述第二正极涂层中的正极活性材料包括LiFe1‑
a
Mn
a
PO4和三元材料；所述正极极片的总正极活性材料中，LiFe1‑
a
Mn
a
PO4、三元材料的质量占比分别为A1和A2，所述第一正极涂层中的LiFe1‑
a
Mn
a
PO4在所述总正极活性材料中的质量占比为A5，所述第二正极涂层中的LiFe1‑
a
Mn
a
PO4在所述总正极活性材料中的质量占比为A3；定义以下参数：Y＝[(Q3×
(1
‑
η3)
×
M3‑
Q1×
(1
‑
η1)
×
(M1+M2)
×
A1‑
Q2×
(1
‑
η2)
×
(M1+M2)
×
A2)]/βZ＝α
×
(Q1×
η1×
A1+Q2×
η2×
A2)/β且所述Y在
‑
7至4.5的范围内，所述Z在0
‑
6的范围内；其中，0≤a≤0.8，Q1、η1分别为所述LiFe1‑
a
Mn
a
PO4的首次充电比容量和首次效率，Q2、η2分别为所述三元材料的首次充电比容量和首次效率，M1、M2分别为所述第一正极涂层中的正极活性材料、所述第二正极涂层中的正极活性材料在所述正极极片上的敷料量，Q3、η3分别为所述负极极片中的负极活性材料的首次放电比容量和首次效率，M3为所述负极活性材料在所述负极片上的敷料量，α为所述正极极片的纵向热扩散速率，单位为mm/s，β为所述锂离子电池的能量密度，其中，所述Q1、Q2、Q3的单位均为mAh/g，所述β的单位是mWh/g，所述M1、M2、M3的单位均为g。2.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述Y在
‑
5至4.5的范围内；优选地，所述Y在
‑
3.5至4.5的范围内。3.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述Z在0
‑
4的范围内。4.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，A1+A2＝1；A3+A5＝A1；优选地，A3+A2＝A5＝50％。5.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述A2在5％
‑
50％的范围内，A3≥0；优选地，A2在5％
‑
45％的范围内，A3＞0。6.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述M1+M2与所述M3的比值在1.5
‑
2.2的范围内；优选地，所述M1+M2与所述M3的比值在1.6
‑
1.9之间。7.如权利要求1
‑
6任一项所述的锂离子电池，其特征在于，所述三元材料的结构通式为Li...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓暄炜，陈娜，杨小波，葛立萍，潘仪，
申请(专利权)人：重庆弗迪电池研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：