【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池材料，具体涉及一种正极极片及其制备方法和锂离子电池。
技术介绍
1、随着锂离子电池电动汽车对续航里程要求的提升，势必要求相应地提升锂离子电池能量密度。从电池设计角度考虑，极片面密度的提高是提升电池能量密度的有效方法，但是，随着极片面密度的提高，电池的倍率和循环性能会变差，现有技术通常是通过提升正极导电剂的比例来改善电极导电性，以满足倍率和循环性能的需求。
2、然而，导电剂比例的提升虽在一定程度上可以改善电池的倍率性能，但导电剂比例提高，则主材的比例就会相应的降低，反过来又会降低电池的能量密度。
3、因此，如何在不增加导电剂比例的条件下，提升高面密度电池的倍率和循环性能，是亟需解决的一大技术难题。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种正极极片及其制备方法和锂离子电池。本专利技术在第一活性涂层和第二活性涂层中引入采用不同类型的粘结剂，进而改变正极极片的迂曲度和孔隙率，使得第二活性涂层的迂曲度比第一活性涂层的迂曲度小，第二活性涂层的孔隙率比第一活性涂层的孔隙率大，有效提升了锂离子在充放电过程中的扩散速率，降低极片表层的浓差极化，显著提升了电池的倍率和循环性能。特别地，该正极极片无需增加导电剂比例即可实现改善倍率和循环性能的目标，可有效降低极片电阻率，提高电池能量密度。
2、为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种正极极片，所述正极极片包括：
4、正
5、设置于所述正极集流体至少一侧表面的第一活性涂层，所述第一活性涂层的原材料包括第一主材、第一导电剂和低溶胀粘结剂；
6、设置于所述第一活性涂层的相对远离所述正极集流体一侧表面上的第二活性涂层，所述第二活性涂层的原材料包括第二主材、第二导电剂和高溶胀粘结剂。
7、本专利技术在第一活性涂层和第二活性涂层中引入采用不同类型的粘结剂，进而改变正极极片的迂曲度和孔隙率，使得第二活性涂层的迂曲度比第一活性涂层的迂曲度小，第二活性涂层的孔隙率比第一活性涂层的孔隙率大，从而使得第一活性涂层中的锂离子脱出后迁移到达第二活性涂层，而第二活性涂层的锂离子也同时脱出，有效提升了锂离子在充放电过程中的扩散速率，降低极片表层的浓差极化，显著提升了电池的倍率和循环性能。
8、特别需要说明的是，该正极极片无需增加导电剂比例即可实现改善倍率和循环性能的目标，可有效降低极片电阻率，确保导电剂比例不增加、主材比例不降低、电池能量密度提高。
9、作为本专利技术一种优选的技术方案，所述第一活性涂层的迂曲度大于所述第二活性涂层的迂曲度。
10、优选地，所述第一活性涂层的孔隙率小于所述第二活性涂层的孔隙率。
11、本专利技术中，若第二活性涂层的迂曲度大、孔隙率小，则会导致锂离子在第二活性涂层中迁移受阻、离子迁出速率变低，导致浓差极化增大，从而降低电池的倍率和循环性能。
12、优选地，所述第一活性涂层和第二活性涂层的厚度比为(45-53):(53-57)，例如可以是45:53、47:53、49:53、53:53、45:57、53:55或53:57等。
13、本专利技术中，若第一活性涂层和第二活性涂层的厚度比过小，则会导致极片吸液后溶胀过大，使得电池内阻过高，影响电池的倍率性能；若第一活性涂层和第二活性涂层的厚度比过大，则会导致极片孔隙率整体偏低，从而降低锂离子的扩散速率，影响电池的倍率和循环性能。
14、优选地，所述正极极片的双面面密度为450-600g/m2，例如可以是450g/m2、500g/m2、550g/m2或600g/m2等。
15、优选地，所述第一活性涂层和第二活性涂层的面密度的比值为(0.8-1):1，例如可以是0.8:1、0.85:1、0.9:1、0.95:1或1:1等。
16、作为本专利技术一种优选的技术方案，所述正极集流体包括铝箔。
17、作为本专利技术一种优选的技术方案，所述低溶胀粘结剂在电解液中的胶膜吸液率为5-10％，例如可以是5％、6％、7％、8％、9％或10％等。
18、优选地，所述高溶胀粘结剂在电解液中的胶膜吸液率为70-80％，例如可以是70％、80％、90％或100％等。
19、本专利技术中，利用高溶胀粘结剂的高溶胀性，可使注液后极片最上层迂曲度明显比下层小、且最上层的孔隙率比下层大，从而改变极片迂曲度和孔隙率分布，改善表层锂离子迁移和扩散速率，降低浓差极化，提升电池的倍率和循环性能。若高溶胀粘结剂在电解液中的胶膜吸液率过低，即小于70％，则不能形成有效的孔隙率梯度分布、不能有效改善表层锂离子迁移和扩散速率。
20、优选地，所述低溶胀粘结剂包括改性聚丙烯酸酯。
21、优选地，所述改性聚丙烯酸酯包括聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、2-甲基聚丙烯酸甲酯或2-甲基聚丙烯酸乙酯中的任意一种或至少两种的组合。
22、优选地，所述高溶胀粘结剂包括氢化丁腈橡胶。
23、作为本专利技术一种优选的技术方案，所述第一主材的粒径d50为0.8-2μm，例如可以是0.8μm、1μm、1.5μm或2μm等。
24、优选地，所述第二主材的粒径d50为6-9μm，例如可以是6μm、7μm、8μm或9μm等。
25、本专利技术中，设定第二主材的粒径d50大于第一主材的粒径d50，是因为较大粒径主材经过压实后孔隙率比小粒径主材大，更有利于形成孔隙梯度分布，改善表层的锂离子迁移和扩散速率。
26、优选地，所述第一主材和第二主材独立地包括磷酸亚铁锂、磷酸锰铁锂、锰酸锂或镍钴锰酸锂中的任意一种或至少两种的组合。
27、需要说明的是，本专利技术对第一主材或第二主材的制备方法不作限定，示例性的，例如可以是高温固相反应法、碳热还原法、水热法、溶胶-凝胶法或共沉淀法。
28、优选地，所述第一导电剂和所述第二导电剂独立地包括颗粒状碳材料、碳纳米管、导电碳纤维或石墨烯中的任意一种或至少两种的组合。
29、需要说明的是，本专利技术对颗粒状碳材料的具体种类不作限定，示例性的，例如可以是乙炔黑、碳黑或科琴黑等。
30、第二方面，本专利技术提供一种如第一方面所述的正极极片的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
31、(1)将第一主材、第一导电剂、低溶胀粘结剂和第一溶剂混合，得到第一正极浆料，将第二主材、第二导电剂、高溶胀粘结剂和第二溶剂混合，得到第二正极浆料；
32、(2)采用双层涂布法，将第一正极浆料和第二正极浆料依次涂布在正极集流体的至少一侧表面上，退火后形成第一活性涂层和第二活性涂层，得到所述正极极片。
33、作为本专利技术一种优选的技术方案，步骤(1)所述第一正极浆料中，第一导电剂、低溶胀粘结剂、第一活性涂层的迂曲度和第一活性涂层的孔隙率的关系如式1所示：
34、19.5≤(a1+b1)×100×100本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种正极极片，其特征在于，所述正极极片包括：
2.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述第一活性涂层的迂曲度大于所述第二活性涂层的迂曲度；
3.根据权利要求1或2所述的正极极片，其特征在于，所述低溶胀粘结剂在电解液中的胶膜吸液率为5-10％；
4.根据权利要求1-3任一项所述的正极极片，其特征在于，所述第一主材的粒径D50为0.8-2μm；
5.一种如权利要求1-4任一项所述的正极极片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述第一正极浆料中，第一导电剂、低溶胀粘结剂、第一活性涂层的迂曲度和第一活性涂层的孔隙率的关系如式1所示：
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述第二正极浆料中，第二导电剂、高溶胀粘结剂、第二活性涂层的迂曲度和第二活性涂层的孔隙率的关系如式2所示：
8.根据权利要求5-7任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述第一主材和第二主材的质量比为(1.005-1.02):1
9.根据权利要求5-8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括如权利要求1-4任一项所述的正极极片。
...【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：
2.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述第一活性涂层的迂曲度大于所述第二活性涂层的迂曲度；
3.根据权利要求1或2所述的正极极片，其特征在于，所述低溶胀粘结剂在电解液中的胶膜吸液率为5-10％；
4.根据权利要求1-3任一项所述的正极极片，其特征在于，所述第一主材的粒径d50为0.8-2μm；
5.一种如权利要求1-4任一项所述的正极极片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述第一正极浆料中，第一导电剂...
【专利技术属性】
技术研发人员：王娟玲，陈辉，盛杰，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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