复合极片及其制备方法和锂离子电池技术

本发明专利技术属于锂离子电池领域，具体涉及一种复合极片及其制备方法和锂离子电池；所述复合极片包括集流体以及设置在所述的集流体两侧的涂层；所述的涂层包括靠近集流体的第一涂层以及与远离集流体的第二涂层；所述的第一涂层包括正极补锂剂；所述的第二涂层包括安全添加剂。本发明专利技术提供一种复合电极极片及其制备方法和包含该极片的锂离子电池，该复合电极极片可有效提高电池的能量密度、循环性能以及安全性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
复合极片及其制备方法和锂离子电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池领域，具体涉及一种复合极片及其制备方法和锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、绿色环保等优点，被广泛应用于手机、笔记本电脑等电子设备产业。随着新能源电动车及无人机的发展，锂离子电池的比容量和能量密度已经不能满足要求。正极材料是制约锂离子电池能量密度的关键因素，提高Ni含量可以提高正极材料的容量进而提高电池的能量密度，但是随着Ni含量的提高，Mn、Co含量降低，材料的结构稳定性降低，从而产生安全隐患。使用高容量硅负极也可以提高电池的能量密度，但是硅负极首效低。
[0003]在锂离子电池首次充电过程中，会形成固态电解质相界面(SEI)膜，永久地消耗大量来自正极的活性锂离子，造成首次循环的库伦效率(ICE)偏低，石墨材料有5％～10％的首次不可逆锂损耗、Si有15％～35％的首次不可逆锂损耗，降低了锂离子电池的容量和能量密度。目前，通常采用预锂化技术对电极材料进行补锂，抵消形成SEI膜造成的不可逆锂损耗，以提高电池的能量密度及循环性能。
[0004]常用的预锂化技术包括正极补锂、负极补锂等，负极补锂包括锂箔补锂、稳定化锂金属粉末补锂、硅化锂粉补锂以及电解锂盐水溶液进行补锂，虽然负极补锂容量高，但是存在安全隐患，且成本高、与现有工艺兼容性差。
[0005]正极补锂剂安全且成本低，适配现有电池工艺，目前通常采用添加正极补锂剂达到预锂化的效果。现有正极补锂剂对环境要求要高，尤其是对水分敏感，暴露在空气下补锂剂易和水分发生反应且不可逆转，大大降低了补锂效果。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺点，提供一种复合极片及其制备方法和锂离子电池。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0008]一种复合极片，包括集流体以及设置在所述的集流体两侧的涂层；所述的涂层包括靠近集流体的第一涂层以及与远离集流体的第二涂层；所述的第一涂层包括正极补锂剂；所述的第二涂层包括安全添加剂。
[0009]所述的第一涂层的浆料包括正极活性物质、导电剂、粘结剂、以及正极补锂剂；所述的第二涂层的浆料包括正极活性物质、导电剂、粘结剂、以及纳米安全添加剂；
[0010]优选的，第一涂层包括如下质量比的组分：
[0011]正极活性物质：导电剂：粘结剂：正极补锂材料＝A：B：C：(1
‑
A
‑
B
‑
C)，其中A为固定值，80％≤A≤98％；B为变化值，0％＜B≤10％；C为变化值，0％＜C≤10％；优选的，A＝94.1％，B＝1.0％，C＝2.0％；
[0012]优选的，第二涂层包括如下质量比的组分：
[0013]正极活性物质：导电剂：粘结剂：纳米安全添加剂＝a：b：c：(1
‑
a
‑
b
‑
c)，其中a为固定值，80％≤a≤98％；b为变化值，0％＜b≤10％；c为变化值，0％＜c≤10％；优选的，a＝87.3％，b＝1.0％，c＝2.0％。
[0014]所述正极活性物质为LiNi
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
O2、LiFePO4、LiCoO2的一种或者任意组合；所述正极补锂材料为Li5FeO4、Li2NiO2、LiCuNiO2的一种或者任意组合；所述安全添加剂为LiFe
x
Mn1‑
x
PO4(LFMP)；其中，0.2≤x≤0.7；所述的安全添加剂的粒径为纳米级。
[0015]所述导电剂为炭黑、石墨烯和碳纳米管的一种或多种的组合；所述粘结剂为聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈、羧甲基纤维素和丁苯橡胶中的一种或多种的组合。
[0016]本专利技术还包括一种所述的复合极片的制备方法，包括下述步骤：
[0017]S1：分别制备第一涂层的浆料以及第二涂层的浆料；
[0018]S2：将第一涂层的浆料和第二涂层的浆料按照顺序以及设计面密度涂覆在集流体上，将第一涂层的浆料在集流体两侧涂覆完成后进行烘干，优选的，第一涂层的浆料烘干程度为50％
‑
95％；之后再涂覆第二涂层的浆料，进行烘干，最后得到双面涂覆且各涂层含功能添加剂的复合极片，接着进行碾压、分切工序。
[0019]所述的第一涂层的浆料的固含量为30％
‑
70％；
[0020]优选的，所述的第一涂层的浆料的固含量为65％；
[0021]优选的，所述的第二涂层的浆料的固含量为30％
‑
70％；
[0022]优选的，所述的第二涂层的浆料的固含量为65％。
[0023]所述的第一涂层的浆料的粘度为4000
‑
10000mPa
·
s；
[0024]优选的，所述的第一涂层的浆料粘度的为8000mPa
·
s；
[0025]优选的，所述的第二涂层的浆料的粘度为4000
‑
10000mPa
·
s；
[0026]优选的；所述的第二涂层的浆料粘度的为8000mPa
·
s。
[0027]第一涂层与第二涂层的涂覆面密度之比为X，其中0＜X＜1.5；优选的，复合极片面密度为20
‑
45mg/cm2；优选的，集流体为铝箔；优选的，所述的铝箔的厚度为8
‑
15μm；优选的，复合极片碾压后得到的厚度为70
‑
145μm。
[0028]本专利技术还包括一种锂离子电池，包括如上所述的复合极片。
[0029]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0030]本专利技术提供一种复合电极极片及其制备方法和包含该极片的锂离子电池，该复合电极极片可有效提高电池的能量密度、循环性能以及安全性能。
[0031]本专利技术提供的复合极片，第一涂层由包含正极补锂剂即富锂化合物的浆料制备得到的，第二涂层由包含安全添加剂即纳米LFMP材料的浆料制备得到。该方法将含正极补锂剂的浆料涂覆在靠近集流体的内层，制备过程中减少补锂剂和空气的接触，减少补锂剂和水分的反应，从而提升补锂效果；将含安全添加剂的浆料涂覆在靠近隔膜的外层，安全添加剂为纳米LFMP材料，其粒径远低于三元材料的几微米到十几微米，因此LFMP材料与三元材料混掺使用，LFMP材料可较好地包覆在三元材料的表面。电池发生热失控时，热分解温度高且和自身分解产热少的LFMP材料可以抵挡或隔绝三元材料与电解液等物质的接触，避免三元材料也发生氧化分解，从而改善电池安全性能。
附图说明
[0032]图1为实施例1和对比例1、2、3、4的SEM图；
[0033]图2为实施例1和对比例1、2、3、4的容量保持率的结果图；
[0034]图3为实施例2、3的容量保持率的结果图；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合极片，其特征在于，包括集流体以及设置在所述的集流体两侧的涂层；所述的涂层包括靠近集流体的第一涂层以及与远离集流体的第二涂层；所述的第一涂层包括正极补锂剂；所述的第二涂层包括安全添加剂。2.根据权利要求1所述的复合极片，其特征在于，所述的第一涂层的浆料包括正极活性物质、导电剂、粘结剂、以及正极补锂剂；所述的第二涂层的浆料包括正极活性物质、导电剂、粘结剂、以及纳米安全添加剂；优选的，第一涂层包括如下质量比的组分：正极活性物质：导电剂：粘结剂：正极补锂剂＝A：B：C：(1
‑
A
‑
B
‑
C)，其中A为固定值，80％≤A≤98％；B为变化值，0％＜B≤10％；C为变化值，0％＜C≤10％；优选的，A＝94.1％，B＝1.0％，C＝2.0％；优选的，第二涂层包括如下质量比的组分：正极活性物质：导电剂：粘结剂：纳米安全添加剂＝a：b：c：(1
‑
a
‑
b
‑
c)，其中a为固定值，80％≤a≤98％；b为变化值，0％＜b≤10％；c为变化值，0％＜c≤10％；优选的，a＝87.3％，b＝1.0％，c＝2.0％。3.根据权利要求2所述的复合极片，其特征在于，所述正极活性物质为LiNi
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
O2、LiFePO4、LiCoO2的一种或者任意组合；所述正极补锂材料为Li5FeO4、Li2NiO2、LiCuNiO2的一种或者任意组合；所述安全添加剂为LiFe
x
Mn1‑
x
PO4；其中，0.2≤x≤0.7；所述的安全添加剂的粒径为纳米级。4.根据权利要求2所述的复合极片，其特征在于，所述导电剂为炭黑、石墨烯或者碳纳米管的一种或多种的组合；所述粘结剂为聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈、羧甲基纤维素或者丁苯橡胶中的一种或多种的组合。5.一种权利要求1
‑
6任一项所述的复合极...

【专利技术属性】
技术研发人员：马洪运，张淑娴，黄铃，王金金，陈超，
申请(专利权)人：力神青岛新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：