锂离子二次电池及其正极极片制造技术

本发明专利技术属于锂离子二次电池技术领域，特别涉及一种锂离子二次电池正极极片，该正极极片包括集流体；涂覆在集流体上的底层，涂覆在底层上的顶层，两层组成正极材料层，底层的活性物质颗粒对锂离子的离子转移电阻小于顶层中活性物质颗粒对锂离子的离子转移电阻，削弱了正极放电过程的正极极片中的浓差极化，使得采用该正极的锂离子二次电池能实现能量密度和安全性能同时提高，克容量发挥也进一步提升。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锂离子二次电池
，特别涉及一种锂离子二次电池正极极片 及使用该正极极片的锂离子二次电池。
技术介绍
锂离子二次电池因具有比容量高、工作电压高、工作温度范围宽、自放电率 低、循环寿命长、无污染和重量轻等优点，因此被业界广泛应用。锂离子二次电池通常包括正极片、负极片、间隔于正极片和负极片之间的隔离 膜，以及电解液。其中，正极片包括正极集流体和附着在正极集流体上的正极膜片，负 极片包括负极集流体和附着负极集流体上的负极膜片；隔离膜间隔于正极片和负极片之 间，起到电子阻隔作用，并防止正极片和负极片短路；电解液由正极片、负极片和隔离 膜吸收，形成锂离子通路。锂离子二次电池在正常工作时，由正极集流体引出的正极端 和由负极集流体引出的负极端与外电路形成电子通路，电解液和正负极活性物质中锂离 子形成离子通路，电子通路和离子通路共同形成回路，以达到正常工作的目的。随着锂离子二次电池的需求量逐渐增大，对其各方面的性能要求也越来越高， 尤其是对安全性能的要求越来越高，如何提高安全性能已成为锂离子二次电池的研究重 点；在追求安全性能的同时对能量密度高以及循环次数多也要求越来越高。现有技术 也提出了多种方案，以提高锂离子二次电池的安全性能。对于采用双层膜片的正极，如 Journal of The Electrochemical Society, 2007 154 (5) A412-A416 就揭示了 一种改善锂离 子二次电池安全性能的方法，其先在集流体上涂覆一层底层磷酸铁锂活性物质，然后再 在磷酸铁锂上涂覆一层钴酸锂活性物质，以形成具有双层膜片的正极片，这种方案具有 双层膜片的正极片确实可以提高锂离子二次电池的安全性能，改善锂离子二次电池的过 充性能。但是，由于磷酸铁锂的电压平台低于钴酸锂活性物质的电压平台，使得这种双 层膜片混合电压平台低导致放电容量少，并且活性物质克容量与现有技术中的克容量相 比，有所减少。其次，采用双层膜片正极的如中国专利CN101471435A，其公开了一种锂离子二 次电池的正极，该正极包括集流体和涂覆在该集流体上的涂覆层和正极材料层，所述涂 覆层位于集流体和正极材料层之间，其中，所述涂覆层含有正极活性物质、正温度系数 材料和粘结剂。以此电极为正极制备的可充锂电池，对过充，受热和短路都有灵敏响应 的特点，可满足安全需要。很显然，底层的正温度系数材料的代替活性物质，使得降低 了整个正极极片的能量密度，在专利中也未提到对活性物质的克容量有所提高。而对于单独使用包覆材料，如中国专利CN1319192C，其公开了一种二次锂离子 电池，这种电池所用的正极材料就是采用表面包覆，该方法的得到的电池有更好的高温 性能，循环稳定，抗过充性。但单独使用不能在相同充电状态下提高克容量的发挥，也 不能改变低温性能等。目前，通常的锂离子二次电池无论是采用多层正极膜片还是采用正常膜片(特指单层正极膜片)，安全性能和能量密度同时提高是很艰难的事情，活性材料的克容量发 挥基本也达到了极限水平。原因在于采用单层的正极极片在电池放电过程中，由于活性 物质一样，而远离集流体的活性物质比较靠近阳极，从而得到从阳极传输过来的锂离子 更加容易，但内部的活性物质(靠近集流体的)只能得到少量的阳极传输过来的锂离子， 随着放电倍率越大，这种现象越明显。这种浓差极化现象在用包覆金属氧化物的正极活 性物质涂覆的正极极片中也是如此。如何减弱这种嵌锂过程发生的浓度极化是解决问题 的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中正极放电过程的正极极片中的浓差极化的问 题，而提供一种锂离子二次电池正极极片及使用该正极极片的锂离子二次电池，使得采 用该正极的锂离子二次电池能实现能量密度和安全性能同时提高，克容量发挥也进一步 提升。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案一种锂离子二次电池正极极片，包括提供集流体；包括集流体；涂覆在集流体 上的底层，涂覆在底层上的顶层，两层组成正极材料层，底层的活性物质颗粒对锂离子 的离子转移电阻小于顶层中活性物质颗粒对锂离子的离子转移电阻。相对于现有技术而 言，本专利技术的正极极片采用顶层和底层，顶层和底层的活性物质种类相同，底层的活性 物质颗粒对锂离子的离子转移电阻小于顶层中活性物质颗粒对锂离子的离子转移电阻， 顶层中活性物质颗粒对锂离子的离子转移电阻较大，使得顶层的活性物质得到从阳极传 输过来的锂离子相对于现有技术较小；底层的活性物质颗粒对锂离子的离子转移电阻较 小，而底层的活性物质得到从阳极传输过来的锂离子相对于现有技术变大，从而削弱了 正极放电过程的正极极片中的浓差极化。使得采用该正极的锂离子二次电池，能实现能 量密度得到提高，克容量发挥也进一步提升。当放电倍率变大时，正极单位时间嵌锂量 急剧增加，顶层的活性物质颗粒对锂离子的离子转移电阻较大，使得锂离子嵌入较为困 难，而底层又尚未接受到，锂离子无法完全嵌入，导致到达截止电压，仅仅放出很少的 电量，大大改善了锂离子电池的安全性。其中，所述正极材料层的顶层和底层的活性物质种类相同。其中，所述底层由活性物质、导电碳和粘结剂组成，其中的活性物质包覆金属 氧化物；所述顶层由活性物质、导电碳和粘结剂组成，其中的活性物质包覆金属氧化 物，顶层包覆物质与底层的不同。其中，底层中活性物质包覆质量百分比为0.01% 5%的氧化锆；顶层活性物质 包覆质量百分比为0.01% 10%的三氧化二铝、氧化镁、氧化锌，二氧化锰金属氧化物 中的一种或几种。其中，所述的底层和顶层的活性物质均进行包覆处理，包覆物质相同，顶层包 覆质量百分比量大于底层包覆质量百分比量。其中，所述包覆物为三氧化二铝、氧化镁、氧化锌，二氧化锰金属氧化物中的 一种或几种，其中顶层包覆物质量百分比为0.02% 10%，底层包覆物质量百分比为 0.01% 5%。其中，底层活性物质不包覆金属氧化物，顶层活性物质包覆的金属氧化物，所 述顶层活性物质包覆物为三氧化二铝、氧化镁、氧化锌，二氧化锰金属氧化物中的一种 或几种，其中顶层中活性物质包覆质量百分比为0.01% 10%。其中，所述底层中的活性物质包覆质量百分比为0.05%的氧化锆；顶层中的活 性物质包覆质量百分比0.6%的三氧化二铝。其中，所述底层的厚度为5 105微米，所述的顶层的厚度为5 105微米。本专利技术还提供一种锂离子二次电池，该电池包括电池壳体、电极组和电解液， 所述电极组和电解液密封在电池壳体内，所述电极组包括正极、负极以及位于正负极之 间的隔离膜，所述正极为上述的锂离子二次电池的正极极片，能实现能量密度和安全性 能同时提高，克容量发挥也进一步提升。具体实施例方式下面结合实施例详细说明本专利技术锂离子二次电池及其正极极片，但是，本专利技术 的实施例不限于此。实施例1正极片的制作将正极活性物质钴酸锂(LiCoO2)、导电剂碳黑、粘结剂聚偏二 氟乙烯(PVDF)和溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)按重量比95 2 3 80均勻混合， 得到待涂敷的底层浆料；将底层浆料均勻涂覆在厚14微米的铝箔集流体上，涂层厚度约 55微米，然后在110°C下烘干，获得底层膜片层；将包覆了质量比重0.6%的三氧化二铝 的正极活性物质钴酸锂(LiCoO2)、碳黑、聚偏二氟乙烯(P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子二次电池正极极片，包括集流体；涂覆在集流体上的底层，涂覆在底层上的顶层，两层组成正极材料层，其特征在于：底层的活性物质颗粒对锂离子的离子转移电阻小于顶层中活性物质颗粒对锂离子的离子转移电阻。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈治，汪颖，赵丰刚，于子龙，谢远森，任建勋，胡佳佳，徐磊敏，
申请(专利权)人：东莞新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：44