一种正极片及其制备方法和含有其的锂离子电池技术

本发明专利技术提供一种正极片及其制备方法和含有其的锂离子电池。所述正极片包括集流体和设置在集流体上的涂层，所述涂层包括靠近集流体依次设置的第一涂层和第二涂层；所述第一涂层和第二涂层分别独立地包括导电炭黑、粘结剂、正极材料和碳纳米管，所述第一涂层中碳纳米管的质量占比>第二涂层中碳纳米管的质量占比，所述第一涂层中导电炭黑的质量占比<第二涂层中导电炭黑的质量占比。本发明专利技术通过双层涂层的设计降低了极片厚度带来的电子传输欧姆电阻和离子传输电阻。和离子传输电阻。和离子传输电阻。

【技术实现步骤摘要】
一种正极片及其制备方法和含有其的锂离子电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池领域，涉及一种正极片，尤其涉及一种正极片及其制备方法和含有其的锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池通过锂离子在正负极之间嵌入和脱嵌来实现能量的存储和释放，因其具有能量密度高、寿命长和无记忆效应等优点被业界广泛关注，并广泛应用在电动汽车上。
[0003]现阶段电动汽车电池需要满足高能量密度和高倍率性能，对应于正极片的两个需求为高压实和高电导率。为此，有部分研究采用大粒径与小粒径的正极材料掺混直接涂覆成厚极片，这种方式有效提升了压实密度，但极片厚度增加后却带来了电子传输欧姆电阻和离子传输电阻的线性增加，并最终体现为低的倍率性能。此外，也有一些研究采用涂炭铝箔以提升电极片的电导率，但这种方式往往作用有限，这是因为涂炭层只在铝箔表面存在，在材料的厚度维度上却并没有多大提升作用。
[0004]CN109378477A公开了一种正极材料及其制备方法，其中正极活性材料和导电剂采用特定的比例进行混合，并加入碳纳米管作为导电增强剂，以达到提高电池循环性能和倍率特性的目的。该技术的不足之处在于没有涉及到具体的浆料制备方法和膜层制备工艺，同时也未涉及到如何保持正极片的高度紧密结构和防止粘结失效等问题。
[0005]CN1815779A公开了一种锂离子电池正极片制造方法、正极片和锂离子电池，包括将正极活性材料粉粒、导电剂、导电粘结剂的原料混合后得到膏状浆料，同时在原料混合过程中加入调整混合所得浆料粘度的增稠剂以及用于提高正极材料和集流体之间粘结性能和改善极片柔软性的辅助粘结剂。该技术的不足之处在于未涉及到如何保持正极片高度紧密结构的问题。
[0006]因此，如何进一步提高电池的高压实密度和和高电导率的性能，是本领域重要的研究方向。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种正极片及其制备方法和含有其的锂离子电池，锂离子电池的正极片同时拥有高压实密度和高电导率。
[0008]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]本专利技术目的之一在于提供一种正极片，所述正极片包括集流体和设置在集流体上的涂层，所述涂层包括靠近集流体依次设置的第一涂层和第二涂层；
[0010]所述第一涂层和第二涂层分别独立地包括导电炭黑、粘结剂、正极材料和碳纳米管，所述第一涂层中碳纳米管的质量占比>第二涂层中碳纳米管的质量占比，所述第一涂层中导电炭黑的质量占比<第二涂层中导电炭黑的质量占比。
[0011]本专利技术中正极片具有双层涂层结构，该涂层可以为单面涂覆，也可以为双面涂覆，依据实际需求调整。本专利技术利用双层结构中导电剂含量差异化的涂布设计，在靠近集流体
的第一涂层上碳纳米管的质量占比偏高，由于碳纳米管具有优异的电子电导率，有利于将电子通过集流体进行传输到外电路，在第二涂层上导电炭黑的质量占比多，导电炭黑倾向于离子导电，有利于提高隔膜和负极侧的离子传输，通过双层涂层的设计降低了极片厚度带来的电子传输欧姆电阻和离子传输电阻。
[0012]本专利技术中双层涂层结构中，第一涂层中碳纳米管的质量占比>第二涂层中碳纳米管的质量占比，第一涂层中导电炭黑的质量占比<第二涂层中导电炭黑的质量占比的设置，是由于导电炭黑的吸油值略大于碳纳米管的吸油值，同时导电炭黑的比表面积略低于碳纳米管的比表面积，其中吸油值和比表面积越大，对电解液的吸附能力越大，综合来看，碳纳米管对电解液的吸附能力更强，在第一涂层中添加更多的碳纳米管，用来提升对电解液的保液能力，从而提高极片的电解液浸润性和正极片的电导率。
[0013]作为本专利技术优选的技术方案，所述正极材料包括镍钴铝三元正极材料和/或镍钴锰三元正极材料。
[0014]优选地，所述镍钴铝三元正极材料的化学式为LiNi
x
Co
y
Al
z
O2，x+y+z＝1，0<x<1，0<y<1，0<z<1其中，x的值可以是0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8或0.9等，y的值可以是0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8或0.9等，z的值可以是0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8或0.9等，但不仅限于所列举的数值，上述各数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0015]优选地，所述镍钴锰三元正极材料的化学式为LiNi
m
Co
n
Mn
q
O2，m+n+q＝1，0<m<1，0<n<1，0<q<1，其中，m的值可以是0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8或0.9等，n的值可以是0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8或0.9等，q的值可以是0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8或0.9等，但不仅限于所列举的数值，上述各数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0016]优选地，所述正极材料包括大粒径的多晶正极材料和小粒径的单晶正极材料。
[0017]本专利技术中大粒径的多晶正极材料和小粒径的单晶正极材料的掺混，使得在辊压过程中可以充分利用大颗粒之间的剩余空间，使得整个厚度维度上将正极材料充分填满。
[0018]优选地，所述大粒径的多晶正极材料和小粒径的单晶正极材料的质量比为(6～9):(4～1)，其中所述质量比可以是6:4、7:3、8:2或9:1等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0019]优选地，所述大粒径的多晶正极材料的粒径为8～25μm，其中所述粒径可以是8μm、10μm、12μm、14μm、16μm、18μm、20μm、22μm、24μm或25μm等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0020]优选地，所述小粒径的单晶正极材料的粒径为1～5μm，其中所述粒径可以是1μm、2μm、3μm、4μm或5μm等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0021]优选地，所述第一涂层中大粒径的多晶正极材料的质量占比<第二涂层中大粒径的多晶正极材料的质量占比。
[0022]本专利技术中第一涂层中大粒径的多晶正极材料的质量占比小，颗粒之间的孔隙略小，本专利技术中导电炭黑为点状，与质量占比多的碳纳米管可以充分填充孔隙；第二涂层中大粒径的多晶正极材料的质量占比大，颗粒之间的空隙增加，在第二涂层中设置更多的点状
的导电炭黑实现与正极材料的充分接触，并形成完好的导电网络。
[0023]优选地，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯。
[0024]作为本专利技术优选的技术方案，所述第一涂层中导电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极片，其特征在于，所述正极片包括集流体和设置在集流体上的涂层，所述涂层包括靠近集流体依次设置的第一涂层和第二涂层；所述第一涂层和第二涂层分别独立地包括导电炭黑、粘结剂、正极材料和碳纳米管，所述第一涂层中碳纳米管的质量占比>第二涂层中碳纳米管的质量占比，所述第一涂层中导电炭黑的质量占比<第二涂层中导电炭黑的质量占比。2.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述正极材料包括镍钴铝三元正极材料和/或镍钴锰三元正极材料；优选地，所述镍钴铝三元正极材料的化学式为LiNi
x
Co
y
Al
z
O2，x+y+z＝1，0<x<1，0<y<1，0<z<1；优选地，所述镍钴锰三元正极材料的化学式为LiNi
m
Co
n
Mn
q
O2，m+n+q＝1，0<m<1，0<n<1，0<q<1；优选地，所述正极材料包括大粒径的多晶正极材料和小粒径的单晶正极材料；优选地，所述大粒径的多晶正极材料和小粒径的单晶正极材料的质量比为(6～9):(4～1)；优选地，所述大粒径的多晶正极材料的粒径为8～25μm；优选地，所述小粒径的单晶正极材料的粒径为1～5μm；优选地，所述第一涂层中大粒径的多晶正极材料的质量占比<第二涂层中大粒径的多晶正极材料的质量占比；优选地，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯。3.根据权利要求1或2所述的正极片，其特征在于，所述第一涂层中导电炭黑、粘结剂、正极材料和碳纳米管的质量比为(0.5～3):(0.5～3):(92～98.9):(0.1～2)；优选地，所述第一涂层中导电炭黑、粘结剂、正极材料和碳纳米管的质量比为(1～1.5):(1.5～2):...

【专利技术属性】
技术研发人员：张祖豪，吴伟，利凯文，朱家乐，王斌，赵青松，
申请(专利权)人：惠州亿纬锂能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：