正极极片、其制备方法及电池技术

本公开提供了一种正极极片、其制备方法及电池，该正极极片包括集流体和正极活性涂层，正极活性涂层设置于集流体上；正极活性涂层包括正极活性物质，正极活性物质为含有掺杂元素的磷酸铁锂材料，掺杂元素选自非金属元素在掺杂元素在正极活性涂层中的质量百分含量M的范围为0.001%~8%的条件下，单位质量的正极活性涂层的产热量W≤249J/g，产热量W为单位质量的正极活性涂层在氮气气氛、以5K/min的升温速度在30℃～400℃范围内升温过程中的DSC放热量。在30℃～400℃范围内升温过程中的DSC放热量。

【技术实现步骤摘要】
正极极片、其制备方法及电池


[0001]本专利技术涉及电池
，特别是涉及一种正极极片、其制备方法及电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池是目前商用最为广泛的一种二次电池，已经被广泛应用于手机、电动车和储能电站中。随着锂离子电池的广泛应用，其安全性也越来越受到重视。锂离子电池中通常包括含锂的电极材料以及有机电解液，这些材料在短路或接触至空气时都会瞬间产生大量的热。尤其是，在实际的工作过程中，通常会将多个电芯结合形成一个模组或集装箱。这使得锂离子电池很容易发生热失控的问题。

技术实现思路

[0003]基于此，有必要提供一种正极极片，以减少该正极极片的产热量，提高电池整体的安全性。
[0004]根据本公开的一些实施例，提供了一种正极极片，其包括集流体和正极活性涂层，所述正极活性涂层设置于所述集流体上；所述正极活性涂层包括正极活性物质，所述正极活性物质为含有掺杂元素的磷酸铁锂材料，所述掺杂元素选自非金属元素；在所述掺杂元素在所述正极活性涂层中的质量含量M为0.001%~8%的条件下，单位质量的所述正极活性涂层的产热量W≤249J/g，所述产热量W为单位质量的所述正极活性涂层在氮气气氛、以5K/min的升温速度在30℃～400℃范围内升温过程中的DSC放热量。
[0005]在本公开的一些实施例中，所述掺杂元素在所述正极活性涂层中的质量含量M为0.05%~4%。
[0006]在本公开的一些实施例中，所述掺杂元素在所述正极活性涂层中的质量含量M为0.5%~1%。
[0007]在本公开的一些实施例中，通过控制所述掺杂元素的质量含量，以使得单位质量的所述正极活性涂层的产热量W≤208J/g。
[0008]在本公开的一些实施例中，通过控制所述掺杂元素的质量含量，以使得单位质量的所述正极活性涂层的产热量W≤169J/g。
[0009]在本公开的一些实施例中，所述掺杂元素选自氮元素、硅元素、氯元素、砷元素或硒元素。
[0010]在本公开的一些实施例中，所述正极活性物质在所述正极活性涂层中的质量含量为90%以上。
[0011]在本公开的一些实施例中，所述正极活性涂层还包括粘结剂和导电剂，所述粘结剂和所述导电剂在所述正极活性涂层中的总质量含量为2%~10%。
[0012]根据本公开的一些实施例，还提供了一种制备如上述实施例中的正极极片的方法，其包括如下步骤：
将磷酸铁锂以及含有所述掺杂元素的前驱体按照预设比例混合，将混合后所得的混合物在保护性气体的环境中进行球磨处理；对球磨处理后的所述混合物在200℃以下进行焙烧处理，以形成所述正极活性物质；在所述集流体上制备包含所述正极活性物质的所述正极活性涂层。
[0013]进一步地，本公开还提供了一种电池，其包括正极、负极和电解质，所述正极与所述负极相对设置，所述电解质设置于所述正极与所述负极之间，所述正极为根据上述任一实施例所述的正极极片。
[0014]本公开提供的正极极片中以含有掺杂元素的磷酸铁锂材料作为正极活性物质掺杂元素选自非金属元素，磷酸铁锂晶格中的磷原子位点或者氧原子位点被该掺杂元素取代。适当含量的非金属元素能够增加磷酸铁锂的晶格体积，增强磷氧原子之间的相互作用，有利于提高在锂原子插层和分层过程中的结构稳定性。并且，嵌入晶格中的非金属元素还有利于缩小带隙，增加电子和空穴的浓度，能够提高磷酸铁锂材料的结构稳定性。
[0015]根据实验验证，对于含有掺杂元素的磷酸铁锂材料，在掺杂元素在正极活性涂层中的质量含量M为0.001%~8%的条件下，能够降低该正极活性涂层的产热量W，通过控制掺杂元素的质量含量M，也可以使得单位质量的正极活性涂层的产热量W≤249J/g，该产热量W明显低于不含掺杂元素的正极活性涂层的产热量。相较于不含掺杂元素的正极活性涂层，本公开的正极极片中的正极活性涂层具有较低的产热量，这从源头上有效地减少了极片的产热，能够提高电池整体的安全性。
具体实施方式
[0016]为了便于理解本专利技术，下面将对本专利技术进行更全面的描述。文中给出了本专利技术的较佳实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。
[0017]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。本文所使用的“多”包括两个和多于两个的项目。本文所使用的“某数以上”应当理解为某数及大于某数的范围。
[0018]本公开经过研究发现，磷酸铁锂电极材料在实际使用过程中其自身会在约200℃时发生分解从而导致其产生较多的产热，这些产热会导致电池的温度进一步上升，并且会增加电池模组的多个电池之间发生连锁热失控的概率。
[0019]本公开提供了一种正极极片，其包括集流体和正极活性涂层，正极活性涂层设置于集流体上，正极活性涂层包括正极活性物质，所述正极活性物质为含有掺杂元素的磷酸铁锂材料，掺杂元素选自非金属元素。其中，在掺杂元素在正极活性涂层中的质量含量M为0.001%~8%的条件下，单位质量的正极活性涂层的产热量W≤249J/g，产热量W为单位质量的正极活性涂层在氮气气氛、以5K/min的升温速度在30℃～400℃范围内升温过程中的DSC放热量。
[0020]根据实验验证，对于含有掺杂元素的磷酸铁锂材料，掺杂元素在正极活性物质中
的质量含量M为0.001%~8%的条件下，能够降低该正极活性涂层的产热量W，通过控制掺杂元素的质量含量M，也可以使得单位质量的正极活性涂层的产热量W≤249J/g，该产热量W明显低于不含掺杂元素的正极活性涂层的产热量。相较于不含掺杂元素的正极活性涂层，本公开的正极极片中的正极活性涂层具有较低的产热量，这从源头上有效地减少了极片的产热，能够提高电池整体的安全性。
[0021]可以理解，磷酸铁锂在受热至一定温度之后，会引发该正极活性涂层自身的进一步产热，这部分产热主要来自于磷酸铁锂的分解反应，通常是电池受热之后发生的二次产热，这也是电池在热失控过程中的主要产热来源之一。本公开中的产热量W指的是正极活性涂层在DSC测试过程中的放热量。特别地，该DSC测试过程的气体条件可以设置为氮气气氛，升温速率可以设置为5K/min，测试温度范围可以设置为30℃～400℃，以获得尽可能准确的产热量。
[0022]在该实施例的一些示例中，掺杂元素嵌入磷酸铁锂的晶格中，并可以位于其中的磷原子位点或者氧原子位点。适当含量的非金属元素能够增加磷酸铁锂的晶格体积，增强磷氧原子之间的相互作用，有利于提高在锂原子插层和分层过程中的结构稳定性。并且，嵌入晶格中的非金属元素还有利于缩小带隙，增加电子和空穴的浓度，能够提高磷酸铁锂材料的结构稳定性。这使得磷酸铁锂材料的自由能能够得到降低，进而降低本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极极片，其特征在于，包括集流体和正极活性涂层，所述正极活性涂层设置于所述集流体上；所述正极活性涂层包括正极活性物质，所述正极活性物质为含有掺杂元素的磷酸铁锂材料，所述掺杂元素选自非金属元素；在所述掺杂元素在所述正极活性涂层中的质量百分含量M的范围为0.001%~8%的条件下，单位质量的所述正极活性涂层的产热量W≤249J/g，所述产热量W为单位质量的所述正极活性涂层在氮气气氛、以5K/min的升温速度在30℃～400℃范围内升温过程中的DSC放热量。2.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述掺杂元素在所述正极活性涂层中的质量含量M为0.05%~4%。3.根.据权利要求2所述的正极极片，其特征在于，所述掺杂元素在所述正极活性涂层中的质量含量M为0.5%~1%。4.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，通过控制所述掺杂元素的质量含量，以使得单位质量的所述正极活性涂层的产热量W≤208J/g。5.根据权利要求4所述的正极极片，其特征在于，通过控制所述掺杂元素的质量含量，以使得单位质量的所述正极活...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈碧丽，谢炎崇，
申请(专利权)人：厦门海辰储能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：