一种动力锂离子电池、其正极片及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种动力锂离子电池、其正极片及制备方法，该正极片的涂覆浆料中包含两种活性物质，分别为LiFePO4和Li(NixCOyMnz)O2； Li(NixCOyMnz)O2中0<x≤0.8，0<y≤0.4，0≤z≤0.4，且x+y+z=1；按质量百分比计LiFePO4占活性物质总量的10%~50%，Li(NixCOyMnz)O2占活性物质总量的50%～90%。本发明专利技术还提供了该动力锂离子电池正极片的制备方法，以及包含该动力锂离子电池正极片的动力锂离子电池。本发明专利技术提供的动力锂离子电池，具有良好的安全性能，利用不同活性物质在充、放电过程中相反的晶胞体积变化特性，可显著改善长循环性能及安全性能。

Power lithium ion battery, positive electrode sheet and preparation method thereof

The invention discloses a lithium ion battery, cathode sheet and its preparation method, coating the cathode slurry contains two active substances, respectively LiFePO4 and Li (NixCOyMnz) O2 Li (NixCOyMnz); O2 0< 0< X = 0.8, y = 0.4, 0 = Z 0.4, x+y+ and z=1; according to the mass percentage of LiFePO4 total active substances 10%~50%, Li (NixCOyMnz) O2 total active material 50% ~ 90%. The invention also provides a preparation method of the positive pole of the power lithium ion battery, and a power lithium ion battery containing the positive pole of the power lithium ion battery. Power lithium ion battery provided by the invention has good safety performance, the use of cell volume change characteristics of different active substances in the charge and discharge process on the other hand, can significantly improve the long cycle performance and safety performance.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种锂离子电池、其正极片及制备方法，具体地，涉及一种动力锂离子电池、其正极片及制备方法。
技术介绍
随着全球气候变暖和雾霾天气的加剧，电动汽车取代燃油汽车的发展日益迅速，作为电动汽车三电核心部件之一的动力电源系统，其性能优劣直接影响到了电动汽车的性能表现。锂离子电池因具备高比能量、高电压、长寿命、高低温性能佳、自放电率低和无记忆效应等一系列优点，已成为电动汽车用动力能源的主流选择。在新能源汽车领域，续航能力、使用寿命和安全性能是电动汽车最大的竞争力所在，也是消费者最为普遍关心的问题，而在国家最新公布的《2016年新能源汽车推广应用补助标准》文件中，政府对于纯电动乘用车的补贴额度直接与纯电续驶里程挂钩，纯电续驶里程越长，则补贴额度越高。在市场需求和政策刺激双方面的驱动下，电动汽车厂对于锂离子动力电池的能量密度提出了越来越高的要求。在现有国内新能源汽车动力电池供应环节中，磷酸铁锂体系动力电池由于其优异的安全性能和成熟的制造技术，几乎占据着整个市场；但磷酸铁锂材料的实际比容量仅130～140mAh/g左右，标称电压仅3.2V，成组用到汽车后能量密度很难高于100Wh/kg，导致电动汽车的续航里程十分有限，显然无法满足要求，因此开发具有高比能量的正极材料体系替代磷酸铁锂并开发相应的电池技术，成为未来车用动力电池的必然趋势。在可应用于锂离子电池的正极材料中，镍钴锰三元材料Li(NixCOyMnz)O2（其中0<x≤0.8，0<y≤0.4，0≤z≤0.4，且x+y+z=1）克容量可达160mAh/g，标称电压3.6V以上，可以制备出能量密度高于180wh/kg的锂离子动力电池，但是该材料在充电态下的热稳定性不理想，比如热重-气相色谱-质谱仪测试显示，充电至4.2V的Li(NixCOyMnz)O2（其中0<x≤0.8，0<y≤0.4，0≤z≤0.4，且x+y+z=1）三元正极片，在200℃开始失重，250℃温度往上产生的氧气含量明显增加，这说明在较高温度下，三元材料不稳定，易分解析出氧气；DSC测试显示，充电至4.2V的Li(NixCOyMnz)O2（其中0<x≤0.8，0<y≤0.4，0≤z≤0.4，且x+y+z=1）三元正极片，在200℃～250℃之间会释放出大量热量，反应产物XRD（X射线衍射）测试显示有NiO晶体的存在，这说明在较高温度下，充电态的三元材料具有很高的氧化活性，在高温下很不安全。采用传统的设计和工艺方法，将镍钴锰三元材料Li(NixCOyMnz)O2（其中0<x≤0.8，0<y≤0.4，0≤z≤0.4，且x+y+z=1）和导电剂及粘接剂、分散介质混合成均匀的浆料，然后涂布在铝箔集流体上，经烘烤、辊压和膜切制成正极片，然后以这样的正极片制备成的动力锂离子电池，在遭遇热滥用、电滥用（如过充、短路）或机械滥用(如针刺、挤压)时，如果电池内部温度上升至200℃以上，正极发生析氧且进一步放热，就极易引起电池的瞬间起火燃烧和爆炸，从而引发严重的安全事故，正极活性材料磷酸铁锂LiFePO4的P-O键能高，热稳定性强，电池在过充和高温加热时不会析氧，安全性能优异，且充放电时P-O和Mn-O原子之间的距离变化不大，在充放电过程中该材料的体积变化较小，约为6%，变化刚好与碳负极在充放电过程所发生的体积变化相抵消，因此具有极强的结构稳定性和耐疲劳性，循环寿命超长。但是磷酸铁锂材料的实际比容量仅130mAh/g左右，标称电压仅3.2V，以磷酸铁锂材料作为正极体系的动力锂离子电池，能量密度普遍较低。鉴于此，有必要提出一种能有效提高动力锂离子电池能量密度，又能充分保证电池安全性能的设计。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于锂离子电池
的兼顾高能量密度和高安全性的动力锂离子电池、其正极片及制备方法，克服目前技术的不足，有效改善电池的长循环性能，起到提高电动汽车的续航里程和使用寿命的作用。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种动力锂离子电池正极片，其中，该正极片的涂覆浆料中包含两种活性物质，分别为能量密度较低但安全性能优异的磷酸铁锂LiFePO4和能量密度较高但安全性较差的镍钴锰三元材料Li(NixCOyMnz)O2；所述的Li(NixCOyMnz)O2中0<x≤0.8，0<y≤0.4，0≤z≤0.4，且x+y+z=1；按质量百分比计LiFePO4占活性物质总量的10%~50%，Li(NixCOyMnz)O2占活性物质总量的50%～90%；所述的LiFePO4表面包覆有磷酸铝AlPO4颗粒。上述的动力锂离子电池正极片，其中，所述的AlPO4的包覆量为LiFePO4质量的1%～5%。上述的动力锂离子电池正极片，其中，所述的AlPO4颗粒粒径为纳米级，平均粒径D50范围为10nm-50μm。上述的动力锂离子电池正极片，其中，所述的LiFePO4颗粒粒径为亚微米级，平均粒径D50范围为500nm-1μm。上述的动力锂离子电池正极片，其中，所述的Li(NixCOyMnz)O2颗粒粒径为微米级，平均粒径D50范围为10μm~20μm。上述的动力锂离子电池正极片，其中，所述的正极片的涂覆浆料中还包含导电剂、粘结剂以及有机溶剂；所述涂覆浆料中包覆有AlPO4的LiFePO4与Li(NixCOyMnz)O2预先混合成复合式活性物质；所述复合式活性物质与导电剂、粘结剂的质量百分比为（92%～94%）：（4%～2%）：（4%～2%）。所述的导电剂优选为碳纳米管（CNT），粘结剂优选为聚偏氟乙烯（PVDF），有机溶剂优选为剂N-甲基吡咯烷酮（NMP）。本专利技术也提供了一种上述的动力锂离子电池正极片的制备方法，其中，所述的方法包含：步骤1，将纳米级的AlPO4颗粒对亚微米级LiFePO4进行表面包覆，然后将经表面包覆AlPO4的LiFePO4与微米级Li(NixCOyMnz)O2采用干混的方式预混均匀，使亚微米级的包覆AlPO4的LiFePO4颗粒富集在微米级Li(NixCOyMnz)O2颗粒周围，形成复合式活性物质；所述的Li(NixCOyMnz)O2中0<x≤0.8，0<y≤0.4，0≤z≤0.4，且x+y+z=1；步骤2，将经过预混处理后的复合式活性物质、导电剂、粘结剂以（92%～94%）：（4%～2%）：（4%～2%）的质量比混合在一起，采用有机溶剂N-甲基吡咯烷酮（NMP）为分散介质，混合物中固含量为50%~60%，通过机械混合高速搅拌，公转速度30～40rpm，自转速度2000～本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动力锂离子电池正极片，其特征在于，该正极片的涂覆浆料中包含两种活性物质，分别为LiFePO4和Li(NixCOyMnz)O2；所述的Li(NixCOyMnz)O2中0<x≤0.8，0<y≤0.4，0≤z≤0.4，且x+y+z=1；按质量百分比计LiFePO4占活性物质总量的10%~50%，Li(NixCOyMnz)O2占活性物质总量的50%～90%；所述的LiFePO4表面包覆有AlPO4颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种动力锂离子电池正极片，其特征在于，该正极片的涂覆浆料中包含两种活性物
质，分别为LiFePO4和Li(NixCOyMnz)O2；所述的Li(NixCOyMnz)O2中0<x≤0.8，0<y≤0.4，0≤z
≤0.4，且x+y+z=1；按质量百分比计LiFePO4占活性物质总量的10%~50%，Li(NixCOyMnz)O2占
活性物质总量的50%～90%；所述的LiFePO4表面包覆有AlPO4颗粒。
2.如权利要求1所述的动力锂离子电池正极片，其特征在于，所述的AlPO4的包覆量为
LiFePO4质量的1%～5%。
3.如权利要求2所述的动力锂离子电池正极片，其特征在于，所述的AlPO4颗粒粒径为纳
米级，平均粒径D50范围为10nm-50μm。
4.如权利要求2所述的动力锂离子电池正极片，其特征在于，所述的LiFePO4颗粒粒径为
亚微米级，平均粒径D50范围为500nm-1μm。
5.如权利要求1所述的动力锂离子电池正极片，其特征在于，所述的Li(NixCOyMnz)O2颗
粒粒径为微米级，平均粒径D50范围为10μm~20μm。
6.如权利要求1所述的动力锂离子电池正极片，其特征在于，所述的正极片的涂覆浆料
中还包含导电剂、粘结剂以及有机溶剂；所述涂覆浆料中包覆有AlPO4的LiFePO4与Li
(NixCOyMnz)O2预先混合成复合式活性物质；所述复合式活性物质与导电剂、粘结剂的质量
百分比为（92%～94%）：（4%～2%）：（4%～2%）。...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘婵，侯敏，周芳，曹辉，王东，
申请(专利权)人：上海航天电源技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：上海;31