【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池，具体涉及一种正极极片及其制备方法、一种含有该正极极片的锂离子电池。
技术介绍
1、锂离子电池是20世纪90年代开发成功的新型绿色二次电池，近年来随着人们对绿色能源的追求取得了蓬勃发展，其应用领域也从最早的小型数码不断拓展到电动工具、动力汽车以及储能电站等。如何实现锂离子电池的高能量密度、高电压、长循环、高安全性成为该领域的关键目标。
2、正极极片对于锂离子电池性能具有重要影响，正极极片包括正极集流体以及设置在集流体表面的正极活性物质层。正极活性物质层是将正极活性物质涂覆在集流体表面形成的薄膜，由含锂层状化合物正极材料、导电剂和粘结剂组成，其中正极材料占主要部分。正极活性物质层需要具备高导电性与高耐久性，对于正极材料而言，在充放电过程中由于锂离子的嵌入脱出会导致晶胞体积发生变化，影响正极颗粒之间接触，与此同时，在锂离子电池充放电循环过程中会放热，集流体及正极活性物质层热胀冷缩会产生应力与形变造成膨胀，导致极片变形、正极颗粒碎裂、正极与集流体之间接触被破坏等现象，造成电池放电性能持续下降，加速电池循环寿命衰减，引发安全隐患。
3、cn109728275a利用氟化钪(scf3物相)的负热膨胀性质提高材料高温稳定性，但是对正极材料表面进行氟化钪包覆修饰后，该包覆层会影响降低锂离子在正极材料表面的传输性能，影响对应正极材料制成极片后的容量发挥，会导致锂电池容量显著降低，进而对倍率及能量密度造成不利影响，因此，有必要从优化极片性能角度，利用负热膨胀材料的良好特性以提升电性能。
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技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了克服上述技术问题，提供一种正极极片及其制备方法和一种锂离子电池，该正极极片同时具有低体积膨胀、高结构稳定性和高温度稳定性；同时，含有该正极极片的锂离子电池兼具优异的容量性能、倍率性能、循环性能和能量密度。
2、为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种正极极片，所述正极极片包括正极活性物质层，所述正极活性物质层包括正极材料、负热膨胀材料、导电剂和粘结剂；
3、其中，所述正极极片的特征值j满足：0.001≤j≤0.005；
4、其中，j＝r(f)/ρ，r(f)表示所述正极极片的xrd谱图中，所述负热膨胀材料的主峰(f)和所述正极材料的(003)特征峰的峰强比；ρ表示所述正极极片的面密度，mg/cm2。
5、本专利技术的专利技术人研究发现：在正极活性物质层中加入负热膨胀材料，该负热膨胀材料可原位吸收正极材料循环过程中的热量而体积变小，并为正极活性材料的体积膨胀提供空间，从而有利于缓解应力，避免材料形变；同时，通过向正极活性物质层中复合负热膨胀材料与正极材料，实现负热膨胀材料保持原有材料结构且均匀分布于正极活性物质层中，与正极材料形成颗粒间接触，从而在正极极片层面保证负热膨胀材料能够以最优效果，中和正极材料在充放电循环过程中受热膨胀所导致正极活性物质层的体积膨胀。由于正极材料(尤其是镍钴锰酸锂正极材料)通过不同的掺杂修饰其晶格参数会在一定范围内发生变化，其应用到极片后在充放电产热情况同样存在差异。
6、同时，针对同一正极材料使用同一配方进行正极极片加工时，由于涂布面密度不同，会造成的极片内阻存在差异，由此导致在充放电循环过程中极片产热情况也会不同。
7、因此，本专利技术通过合理控制正极极片的特征值j，即，通过合理控制正极极片中正极活性物质层的组成，实现具有负热膨胀材料复合的正极材料的正极极片，在不影响锂离子传输性能和导电性能的同时，有效缓解正极极片在充放电循环过程中受热体积膨胀产生的形变。
8、本专利技术第二方面提供一种正极极片的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
9、(1)将正极材料、负热膨胀材料、导电剂、粘结剂和溶剂进行混合，得到正极浆料；
10、(2)将所述正极浆料涂布在正极集流体表面上，依次经干燥、辊压，以在所述正极集流体的表面负载正极活性物质层，得到正极极片；
11、其中，所述正极材料为含锂层状化合物；所述负热膨胀材料具有式ii所示的组成：qaq’boc(ii)；其中，a、b和c各自独立地选自1-15的自然数；q和q’各自独立地选自zr、w、hf、al、sc、in、y、mo、v、sn、ti、p中的至少一种元素，且q和q’元素不相同。
12、本专利技术第三方面提供一种锂离子电池，所述锂离子电池含有第一方面提供的正极极片，或者，第二方面提供的制备方法制得的正极极片。
13、相比现有技术，本专利技术具有以下优势：
14、(1)本专利技术提供的正极极片，将负热膨胀材料复合到正极极片中，并结合特定的特征值j，在保证正极活性物质层中正极材料从体相到表面锂离子的传输不受限制的前提下，实现良好的倍率性能和容量发挥；同时，由于负热膨胀材料与正极材料的复合，使正极极片在循环过程中极片膨胀被抑制，避免正极极片膨胀对电性能的影响，提高正极极片的结构稳定性、热稳定性和循环寿命，同时电池的安全性也得以提升；
15、(2)本专利技术提供的正极极片，通过加入特定含量的负热膨胀材料，不仅几乎不影响放电容量，还会对高倍率性能有一定提升，这是因为高倍率大电流下，导致正极材料的体积热膨胀效应可部分被负热膨胀材料的体积收缩所中和；
16、(3)本专利技术提供的制备方法具有工艺简单、制备过程绿色无污染和生产成本低等优势，便于大规模工业化生产；
17、(4)本专利技术提供的正极极片应用于锂离子电池，能有效提高锂离子电池的电化学性能，尤其是容量性能、倍率性能和循环性能。
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1.一种正极极片，其特征在于，所述正极极片包括正极活性物质层，所述正极活性物质层包括正极材料、负热膨胀材料、导电剂和粘结剂；
2.根据权利要求1所述的正极极片，其中，所述正极极片的特征值J满足：0.00125≤J≤0.004；
3.根据权利要求1或2所述的正极极片，其中，在所述正极极片的XRD图谱中，所述正极材料分别具有2θ＝18°±2和2θ＝37°±2处的(003)特征峰和(101)特征峰；
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的正极极片，其中，所述负热膨胀材料的平均粒径D50(F)满足：D50(F)≤0.42D50，D50为所述正极材料的平均粒径，μm；
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的正极极片，其中，所述正极材料为含锂层状化合物；
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的正极极片，其中，所述负热膨胀材料具有式II所示的组成：QaQ’bOc(II)；
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的正极极片，其中，所述正极活性物质层的厚度为20-85μm，优选为25-60μm；
8.一种正极极片的制
9.根据权利要求8所述的制备方法，其中，步骤(1)中，
10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池含有权利要求1-7中任意一项所述的正极极片，或者，权利要求8或9所述的制备方法制得的正极极片。
...【技术特征摘要】
1.一种正极极片，其特征在于，所述正极极片包括正极活性物质层，所述正极活性物质层包括正极材料、负热膨胀材料、导电剂和粘结剂；
2.根据权利要求1所述的正极极片，其中，所述正极极片的特征值j满足：0.00125≤j≤0.004；
3.根据权利要求1或2所述的正极极片，其中，在所述正极极片的xrd图谱中，所述正极材料分别具有2θ＝18°±2和2θ＝37°±2处的(003)特征峰和(101)特征峰；
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的正极极片，其中，所述负热膨胀材料的平均粒径d50(f)满足：d50(f)≤0.42d50，d50为所述正极材料的平均粒径，μm；
5.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：张为宁，何灿，宋顺林，刘亚飞，陈彦彬，
申请(专利权)人：北京当升材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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