一种正极极片及其制备方法、锂电池技术

本发明专利技术设计电池技术领域，尤其涉及一种正极极片及其制备方法、锂电池，该正极极片包括集流体以及设于集流体的活性材料层，所述活性材料层中的活性材料包括磷酸铁锂，所述磷酸铁锂的平均球形度P和掺杂的过渡金属元素的摩尔百分比Q满足以下关系式：126≤6.74

【技术实现步骤摘要】
一种正极极片及其制备方法、锂电池


[0001]本申请涉及电池
，尤其涉及一种正极极片及其制备方法、锂电池。

技术介绍

[0002]随着锂电池技术的发展，磷酸铁锂以其在常规工况下良好的热稳定性、价格便宜、环保无污染等优点，成为最广泛使用的锂电池正极材料之一。尽管如此，在恶劣工况条件下，采用磷酸铁锂的锂电池仍很可能由于电池内部产热增加而发生热失控现象，进而导致安全事故发生。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中上述不足，本专利技术提供了一种正极极片及其制备方法、锂电池。以解决现有技术中采用磷酸铁锂的锂电池容易发生热失控现象的问题。
[0004]第一个方面，本专利技术提供了一种一种正极极片，所述正极极片包括集流体以及设于所述集流体的至少一个表面的活性材料层，所述活性材料层包括活性材料，所述活性材料包括磷酸铁锂，所述正极极片中的所述磷酸铁锂满足以下关系式：；；126≤6.74
×
P2‑
95.75
×
P+98571.42
×
Q2‑
8474.99
×
Q+2249.99
×
P
×
Q+313.45≤210；其中，R
N
为所述磷酸铁锂的单个颗粒的球形度，N大于或者等于300；d
min
为所述单个颗粒的最小直径；d
max
为所述单个颗粒的最大直径；P为所述磷酸铁锂中N个颗粒的平均球形度，所述磷酸铁锂的平均球形度为0.4~1；Q为所述磷酸铁锂中掺杂所述过渡金属的摩尔百分比，所述过渡金属元素的摩尔百分比为0.01~0.03。
[0005]进一步地，所述过渡金属元素包括Ti、V或者Nb中的至少一种。
[0006]进一步地，所述磷酸铁锂的颗粒表面至少部分附着有碳层。
[0007]第二个方面，本专利技术提供一种如第一个方面所述的正极极片的制备方法，包括以下步骤：制备前驱体：称取可溶性铁源、可溶性磷源、可溶性碳源以及含所述过渡金属元素的化合物配置成混合溶液，经沉淀化合反应并分离、洗涤、干燥后得到前驱体；破碎前驱体：球磨处理所述前驱体，并采用喷雾干燥法干燥，制得前驱体粉末；预烧：在保护性气氛中对所述前驱体粉末进行预烧处理，并再次球磨处理制得前驱体颗粒；烧结：将所述前驱体颗粒和锂源混合，烧结、破碎得到所述磷酸铁锂；
制备所述正极极片：将所述磷酸铁锂、导电剂以及粘结剂搅拌制浆，并挤压涂布至所述集流体的至少一个表面形成所述活性材料层，干燥得到所述正极极片；其中，在所述制备前驱体的步骤中，称取的含所述过渡金属元素的化合物的摩尔百分比为0.01~0.03；在所述烧结的步骤中，破碎得到的所述磷酸铁锂的平均球形度为0.4~1，且所述磷酸铁锂满足以下关系式：，；126≤6.74
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P2‑
95.75
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P+98571.42
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Q2‑
8474.99
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Q+2249.99
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P
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Q+313.45≤210；其中，R
N
为所述磷酸铁锂的单个颗粒的球形度，N大于或者等于300；d
min
为所述单个颗粒的最小直径；d
max
为所述单个颗粒的最大直径；P为所述磷酸铁锂中N个颗粒的平均球形度；Q为所述磷酸铁锂中掺杂所述过渡金属元素的摩尔百分比。
[0008]进一步地，所述破碎前驱体的步骤中，所述球磨处理的球料比为3:1~5:1，转速为1200r/min~1400r/min。
[0009]进一步地，所述破碎前驱体的步骤中，所述喷雾干燥法的泵速为8mL/min~12 mL/min，温度为200℃~230℃。
[0010]进一步地，所述烧结步骤中，烧结温度为650℃~750℃，烧结时间为5h~8h。
[0011]进一步地，所述可溶性铁源包括草酸亚铁、硫酸铁或者氯化铁中的一种或多种，和/或，所述可溶性磷源包括磷酸或磷酸二氢铵中的至少一种，和/或，所述可溶性碳源包括葡萄糖、柠檬酸或抗坏血酸中的一种或多种。
[0012]进一步地，所述正极极片的制备方法还包括在所述烧结的步骤之后进行碳包覆的步骤：以挥发性有机物作为碳源，通过物理气相沉积方法将所述碳源附着在所述磷酸铁锂的颗粒表面。
[0013]第三个方面，本专利技术提供一种锂电池，所述锂电池包括如第一个方面所述的正极极片，或者所述锂电池包括如第二个方面所述制备方法制得的所述正极极片。
[0014]与现有技术相比，本申请至少具有如下有益效果：本申请实施例提供一种正极极片及其制备方法、锂电池，该正极极片中包括集流体和设于集流体表面的活性材料层，该活性材料层中的活性材料包括磷酸铁锂，该磷酸铁锂的平均球形度P的范围为0.4~1,掺杂元素的摩尔百分比Q的范围为0.01~0.03，并且满足以下关系式：126≤6.74
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P2‑
95.75
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P+98571.42
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Q2‑
8474.99
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Q+2249.99
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Q+313.45≤210，以该磷酸铁锂为正极材料的锂电池在恶劣工况下仍具有较低的产热，并且能保持较好的电池容量和循环性能。本申请通过对磷酸铁锂的平均球形度和掺杂过渡金属元素的摩尔百分比进行控制，使磷酸铁锂的颗粒具有更好的结构稳定性，进而实现恶劣工况下仍具有较低的产热，减少了磷酸铁锂电池在恶劣工况下发生热失控现象的几率，同时，掺杂过渡金属元素使磷酸铁锂颗粒的导电性增加，降低正极极片内阻，从而使该磷酸铁锂电池还具有较好的电化学性能。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1是本专利技术正极极片的结构示意图；图2是本专利技术正极极片的制备方法的工艺流程图；图3是本申请实施例1中磷酸铁锂的粒径分布图；图4是本申请实施例1通过X射线衍射仪测得的磷酸铁锂的XRD衍射图谱；图5是本申请实施例5通过SEM测得的磷酸铁锂的颗粒形貌图。
[0017]附图标记：1、集流体 ；2、活性材料层。
具体实施方式
[0018]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0019]在本专利技术中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极极片，其特征在于，所述正极极片包括集流体以及设于所述集流体的至少一个表面的活性材料层，所述活性材料层包括活性材料，所述活性材料包括掺杂有过渡金属元素的磷酸铁锂，所述正极极片中的所述磷酸铁锂满足以下关系式：；；126≤6.74
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P2‑
95.75
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P+98571.42
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Q2‑
8474.99
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Q+2249.99
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Q+313.45≤210；其中，R
N
为所述磷酸铁锂的单个颗粒的球形度，N大于或者等于300；d
min
为所述单个颗粒的最小直径；d
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为所述单个颗粒的最大直径；P为所述磷酸铁锂中N个颗粒的平均球形度，所述磷酸铁锂的平均球形度为0.4~1;Q为所述磷酸铁锂中掺杂所述过渡金属元素的摩尔百分比，所述过渡金属元素的摩尔百分比为0.01~0.03。2.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述过渡金属元素包括Ti、V或者Nb中的至少一种。3.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述磷酸铁锂的颗粒表面至少部分附着有碳层。4.一种如权利要求1至3任一项所述的正极极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：制备前驱体：称取可溶性铁源、可溶性磷源、可溶性碳源以及含所述过渡金属元素的化合物配置成混合溶液，经沉淀化合反应并分离、洗涤、干燥后得到前驱体；破碎所述前驱体：球磨处理所述前驱体，并采用喷雾干燥法干燥，制得前驱体粉末；预烧：在保护性气氛中对所述前驱体粉末进行预烧处理，并再次球磨处理制得前驱体颗粒；烧结：将所述前驱体颗粒和锂源混合，烧结、破碎得到所述磷酸铁锂；制备所述正极极片：将所述磷酸铁锂、导电剂以及粘结剂搅拌制浆，并挤压涂布至所述集流体的至少一个表面形成所述活性材料层，干燥得到所述正极极片；其中，在所述制备前驱体的步骤中，称取的原料中掺杂元素的摩尔百分比为0.01~0.03；在所述烧结的步骤中，破...

【专利技术属性】
技术研发人员：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：