复合正极片及其制备方法、锂离子电池技术

本申请公开了一种复合正极片及其制备方法、锂离子电池。该复合正极片包括集流体、以及依次叠层设于集流体上的第一活性物质层和第二活性物质层，第一活性物质层包括含有铁元素和阳离子掺杂元素的第一磷酸盐活性材料，且阳离子掺杂元素用于对铁元素进行掺杂，第二活性物质层包括含有氧元素和阴离子掺杂元素的第二磷酸盐活性材料，且阴离子掺杂元素用于对氧元素进行掺杂，第一磷酸盐活性材料和第二磷酸盐活性材料的晶体结构为橄榄石结构。本申请制备的复合正极片具有较低的产热，并且电化学性能较佳，能够较好地减少锂离子电池的热量聚集，提升安全性能，同时提升电化学性能。同时提升电化学性能。同时提升电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
复合正极片及其制备方法、锂离子电池


[0001]本申请涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种复合正极片及其制备方法、锂离子电池。

技术介绍

[0002]当前锂电池越来越追求更高的能量密度，主要方法之一是正极片涂覆更多的活性正极材料，但正极涂覆层越厚，该涂覆层的阻抗越大，在充放电过程的产热则越大。
[0003]磷酸铁锂的结构稳定性高于三元材料，安全性表现好，是常用的正极材料之一。但磷酸铁锂电池充放电过程的产热累积至电池热失控时，磷酸铁锂仍会出现受热分解的情况，这些热量会加快电池燃烧进程，甚至发生爆炸。

技术实现思路

[0004]为了提高磷酸铁锂电池的安全性，减少磷酸铁锂电池热失控情况的发生，本申请提供一种复合正极片及其制备方法、锂离子电池。
[0005]第一方面，本申请提供一种复合正极片。
[0006]该复合正极片包括集流体、以及依次叠层设于所述集流体上的第一活性物质层和第二活性物质层，所述第一活性物质层包括含有铁元素和阳离子掺杂元素的第一磷酸盐活性材料，且所述阳离子掺杂元素用于对所述第一磷酸盐活性材料中所述铁元素进行替代，所述第二活性物质层包括含有氧元素和阴离子掺杂元素的第二磷酸盐活性材料，且所述阴离子掺杂元素用于对所述第二磷酸盐活性材料中所述氧元素进行替代，所述第一磷酸盐活性材料和所述第二磷酸盐活性材料的晶体结构为橄榄石结构。
[0007]作为一种可选的实施方式，在本申请的实施例中，所述第一磷酸盐活性材料的结构为LiMn
a
Fe
b
M1‑
a
‑
b
PO4，所述第二磷酸盐活性材料的结构为LiMn
c
Fe1‑
c
PO
d
Z1‑
d
，其中，所述M为所述阳离子掺杂元素，所述Z为所述阴离子掺杂元素，0.01≤1
‑
a
‑
b≤0.05，0.01≤1
‑
d≤0.05，其中b>0。
[0008]作为一种可选的实施方式，在本申请的实施例中，0.01≤1
‑
a
‑
b≤0.03，0.01≤1
‑
d≤0.03。
[0009]作为一种可选的实施方式，在本申请的实施例中，所述阳离子掺杂元素为AL、Mg、Ti、V、Nb、Mn、Sr、Y、Ru、Zn、Mo和Zr中的一种或者多种组合；和/或，所述阴离子掺杂元素为F、S和Cl中的一种或者多种组合。
[0010]作为一种可选的实施方式，在本申请的实施例中，所述第一磷酸盐活性材料占所述第一活性物质层的质量百分比为90%~95%；和/或，所述第二磷酸盐活性材料占第二活性物质层的质量百分比为90%~95%。
[0011]作为一种可选的实施方式，在本申请的实施例中，所述第一活性物质层还包括以下质量百分比的组分：第一导电剂2%~5%
第一粘接剂3%~5%；和/或，所述第二活性物质层还包括以下质量百分比的组分：第二导电剂2%~5%第二粘接剂3%~5%。
[0012]第二方面，本申请提供一种如第一方面的复合正极片所述的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：制备第一活性物质层：取第一浆料涂布至集流体上，所述第一浆料中包括第一磷酸盐活性材料，所述第一活性物质层为含有铁元素和阳离子掺杂元素的第一磷酸盐活性材料，且所述阳离子掺杂元素用于对所述铁元素进行掺杂；制备第二活性物质层：取第二浆料涂布至经制备第一活性物质层步骤处理的集流体上，使第二浆料叠层涂布在第一浆料上，所述第二活性物质层为含有氧元素和阴离子掺杂元素的第二磷酸盐活性材料，且所述阴离子掺杂元素用于对所述氧元素进行掺杂，干燥后得到所述复合正极片。
[0013]作为一种可选的实施方式，在本申请的实施例中，所述第一磷酸盐活性材料的制备方法如下：按照LiMn
a
Fe
b
M1‑
a
‑
b
PO4中各元素所需的物质的量之比，取铁源、磷源、碳源、锂源和含阳离子掺杂元素的添加剂混合，加入第一分散剂进行球磨，依次经干燥、焙烧和破碎处理后，得到所述第一磷酸盐活性材料；和/或，所述第二磷酸盐活性材料的制备方法如下：按照LiMn
c
Fe1‑
c
PO
d
Z1‑
d
中各元素所需的物质的量之比，取铁源、磷源、碳源、锂源和含阴离子掺杂元素的添加剂混合，加入第二分散剂进行球磨，依次经干燥、焙烧和破碎处理后，得到所述第二磷酸盐活性材料。
[0014]作为一种可选的实施方式，在本申请的实施例中，所述含有阳离子掺杂元素的添加剂包括氧化镁、二氧化钛和五氧化二钒中的一种或者多种，和/或，所述含有阴离子掺杂元素的添加剂包括氟化锂、硫化锂和氯化锂中的一种或者多种；和/或，所述铁源为草酸亚铁、硫酸铁或氯化铁等；和/或，所述磷源为磷酸或磷酸二氢铵；和/或，所述碳源为葡萄糖、柠檬酸或抗坏血酸；和/或，所述锰源为二氧化锰或硫酸锰；和/或，所述锂源为碳酸锂或氢氧化锂；和/或，所述第一分散剂为无水乙醇；和/或，所述第二分散剂为无水乙醇。
[0015]第三方面，本申请提供一种锂离子电池。
[0016]一种锂离子电池，包括第一方面或者第二方面所述的复合正极片。
[0017]与现有技术相比，本申请的有益效果在于：本申请发现，采用阳离子和阴离子分层掺杂的方式，可以明显降低热量聚集，减少锂离子电池热失控的情况发生。这是因为采用阳离子掺杂元素对第一磷酸盐活性材料中的铁元素进行掺杂，能够引起第一磷酸盐活性材料的橄榄石晶体结构畸变，并且使Li－O键的键能减小，Li空位浓度增加，锂离子的脱嵌能力提升，从而提升第一磷酸盐活性材料的电导率，降低第一磷酸盐活性材料的阻抗，进而降低充放电过程中产热。而采用阴离子掺杂元素对第二磷酸盐活性材料中的氧元素进行掺杂，有利于提升第二磷酸盐活性材料内部的稳定性，第二活性物质层的第二磷酸盐活性材料与电解液接触后，不易发生副反应，因此不易增加副反应产热，导致热量聚集。
[0018]并且，通过对阳离子掺杂元素和阴离子掺杂元素进行分层掺杂，阳离子与阴离子
之间不易相互反应生成化合物， 也不易形成对活性材料的电化学性能不利的杂相，从而有效解决阳离子掺杂元素和阴离子掺杂元素同时加入容易造成活性材料性能下降的问题，更好地提升复合正极片的性能。
[0019]综上，本申请在第一活性物质层中加入第一磷酸盐活性材料，第二活性物质层中加入第二磷酸盐活性材料，两者配合，能够从根源上减少复合正极片产热，同时提升复合正极片的电化学性能，由该复合正极片制得的电池不易出现热量聚集并发展成热失控的情况，因此电池安全性和电化学性能提升。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要的使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合正极片，其特征在于：包括集流体、以及依次叠层设于所述集流体上的第一活性物质层和第二活性物质层，所述第一活性物质层包括含有铁元素和阳离子掺杂元素的第一磷酸盐活性材料，且所述阳离子掺杂元素用于对所述第一磷酸盐活性材料中所述铁元素进行替代，所述第二活性物质层包括含有氧元素和阴离子掺杂元素的第二磷酸盐活性材料，且所述阴离子掺杂元素用于对所述第二磷酸盐活性材料中所述氧元素进行替代，所述第一磷酸盐活性材料和所述第二磷酸盐活性材料的晶体结构为橄榄石结构。2.根据权利要求1所述的复合正极片，其特征在于：所述第一磷酸盐活性材料的结构为LiMn
a
Fe
b
M1‑
a
‑
b
PO4，所述第二磷酸盐活性材料的结构为LiMn
c
Fe1‑
c
PO
d
Z1‑
d
，其中，所述M为所述阳离子掺杂元素，所述Z为所述阴离子掺杂元素，0.01≤1
‑
a
‑
b≤0.05，0.01≤1
‑
d≤0.05，其中b>0。3.根据权利要求2所述的复合正极片，其特征在于：0.01≤1
‑
a
‑
b≤0.03，0.01≤1
‑
d≤0.03。4.根据权利要求1所述的复合正极片，其特征在于：所述阳离子掺杂元素为AL、Mg、Ti、V、Nb、Mn、Sr、Y、Ru、Zn、Mo和Zr中的一种或者多种组合；和/或，所述阴离子掺杂元素为F、S和Cl中的一种或者多种组合。5.根据权利要求1所述的一种复合正极片，其特征在于：所述第一磷酸盐活性材料占所述第一活性物质层的质量百分比为90%~95%；和/或，所述第二磷酸盐活性材料占第二活性物质层的质量百分比为90%~95%。6.根据权利要求5所述的复合正极片，其特征在于：所述第一活性物质层还包括以下质量百分比的组分：第一导电剂2%~5%第一粘接剂3%~5%；和/或，所述第二活性物质层还包括以下质量百分比的组分：第二导电剂2%~5%第二粘接剂3%~5%。7.一种复合正极片的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下...

【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：