正极片及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了正极片及其制备方法和应用。其中正极片包括集流体和形成在集流体上的活性物质层，活性物质层包括正极活性材料、导电剂和粘结剂，粘结剂包括如式I所示结构式的聚合物，聚合物包括a链段、b链段和c链段。该正极片不仅制备成本低，还可以有效抑制电解液在电极材料表面的反应，减少高温环境下正极材料金属的溶出量，减缓高温储存及高温循环过程中正极界面副反应发生，从而显著提高锂离子电池的高温储存及高温循环性能，仅通过更换粘结剂就解决了现有技术中正极金属溶出的问题，能够更好地适用于低钴或无钴的正极活性材料，

【技术实现步骤摘要】
正极片及其制备方法和应用
本专利技术属于锂电池领域，具体而言，涉及正极片及其制备方法和应用。
技术介绍
锂离子电池具有能量密度高、倍率性能好、循环寿命长等优点，已被广泛应用于手机、笔记本电脑、新能源汽车等领域。锂电池的正极材料如LiCoO2、LiNi1-x-yCoxMnyO2(三元材料)和其它低钴或无钴材料中，含有过渡金属，在电池使用过程中，特别是高温环境下容易从正极溶出，通过电解液迁移并沉积到负极，进而引起锂电池性能的衰减。锂电池的正极片通常包括正极材料、粘结剂、导电剂和集流体，而目前抑制正极金属溶出的常用措施是对正极材料进行改性，一类方法是表面包覆，但电解液对表面包覆层有一定的腐蚀作用，会导致包覆层失效；另一类方法是材料梯度设计，但是工艺过程复杂且成本高。因此，改善高温环境下正极金属溶出的方法仍有待进一步改善。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出正极片及其制备方法和应用，以减缓高温储存及高温循环过程中正极界面副反应发生，从而提高锂离子电池的高温存储和高温循环性能。为此，根据本专利技术的第一个方面，本专利技术提出了一种正极片。根据本专利技术的实施例，该正极片包括：集流体和形成在所述集流体上的活性物质层，所述活性物质层包括正极活性材料、导电剂和粘结剂，所述粘结剂包括如式I所示结构式的聚合物，所述聚合物包括a链段、b链段和c链段，进一步地，所述聚合物中a链段的含量为15～50wt％。进一步地，所述聚合物中a链段的含量为25～40wt％。进一步地，所述聚合物中a链段的含量为30～35wt％。进一步地，所述聚合物的重均分子量为10万～100万。进一步地，所述聚合物由丙烯腈、1，3-丁二烯和含有1-丁烯链段的烷烃共聚得到。进一步地，用于形成所述活性物质层的正极浆料中，所述聚合物的添加量为1～2wt％。进一步地，所述正极浆料中，所述正极活性材料、所述粘结剂、所述导电剂和溶剂的质量比为(70～80)：(1～2)：(1～2)：(20～30)，所述粘结剂为所述聚合物。进一步地，所述正极活性材料为选自LiCoO2、LiNi1-α-βCoαMnβO2、LiMn2O4、LiMnO2、Li2MnO4、Li2Mn1-αO4、LiCo1-αMαO2和LiMn2-βMβO4中的至少一种，其中，M为选自Ni、Co、Mn、Al、Cr、Mg、Zr、Mo、V、Ti、B、F和Y中的至少一种，α的取值范围为0～1，β的取值范围为0～1。进一步地，所述正极活性材料中钴含量为0～20wt％。进一步地，所述导电剂为选自石墨、石墨烯、导电炭黑和碳纳米管中的至少一种。进一步地，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮和/或N，N-二甲基甲酰胺。进一步地，所述集流体为铝箔，所述集流体的厚度为10～13μm。相对于现有技术，本专利技术所述的正极片至少具有以下优势：将含有氰基-CN的聚合物作为粘结剂应用到正极片中，一方面可以使含有氰基-CN的聚合物包覆在正极活性材料表面，进而减小正极活性材料与电解液的接触面积，抑制正极活性材料中过渡金属在电解液中的溶解，显著降低电解液中过渡金属的溶出量；另一方面，聚合物中的氰基-CN可以络合已经溶入电解液的过渡金属离子并将其固定下来，避免其在负极析出以及连带产生的阻抗增加等问题。与现有技术相比，该正极片不仅制备成本低，还可以有效抑制电解液在电极材料表面的反应，减少高温环境下正极材料金属的溶出量，减缓高温储存及高温循环过程中正极界面副反应发生，从而显著提高锂离子电池的高温储存及高温循环性能，仅通过更换粘结剂就解决了现有技术中正极金属溶出的问题，能够更好地适用于低钴或无钴的正极活性材料。本专利技术的另一个目的在于提出一种制备正极片的方法，以降低改善电池高温储存及高温循环性能的操作难度。为达到上述目的，根据本专利技术的第二个方面，本专利技术提出了一种制备上述正极片的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：将所述正极活性材料、所述聚合物、所述导电剂和溶剂混合，以便得到正极浆料；将所述正极浆料涂覆在集流体上，以便得到所述正极片。现对于现有技术，本专利技术所述的制备正极片的方法至少具有以下优势：工艺简单，成本低，仅通过更换粘结剂即可有效抑制电解液在电极材料表面的反应，减少高温环境下正极材料金属的溶出量，减缓高温储存及高温循环过程中正极界面副反应发生，从而显著提高锂离子电池的高温储存及高温循环性能。本专利技术的另一个目的在于提出一种锂电池，以提高电池的高温性能。为达到上述目的，根据本专利技术的第三个方面，本专利技术提出了一种锂电池。根据本专利技术的实施例，该锂电池具有上述正极片或采用上述制备方法得到的正极片。相对于现有技术，本专利技术所述的锂电池至少具有以下优势：在高温环境下正极材料金属的溶出量低，高温存储及循环过程中正极界面副反应少、容量保持率高，具有高温储存及高温循环性能好、安全性高且使用寿命长的优点。本专利技术的另一个目的在于提出一种储能设备，以提高储能设备的高温存储及循环稳定性、安全性能及使用寿命。为达到上述目的，根据本专利技术的第四个方面，本专利技术提出了一种储能设备，根据本专利技术的实施例，该储能设备包括上述锂电池。相对于现有技术，本专利技术所述的储能设备在高温下性能稳定、安全性高且使用寿命更长。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例。下面描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。根据本专利技术的第一个方面，本专利技术提出了一种正极片。根据本专利技术的实施例，该正极片包括：集流体和形成在集流体上的活性物质层，活性物质层包括正极活性材料、导电剂和粘结剂，粘结剂包括如式I所示结构式的聚合物，聚合物包括a链段、b链段和c链段，其中，x、y、z的取值由该聚合物的聚合度决定。该正极片不仅制备成本低，还可以有效抑制电解液在电极材料表面的反应，减少高温环境下正极材料金属的溶出量，减缓高温储存及高温循环过程中正极界面副反应发生，从而显著提高锂离子电池的高温储存及高温循环性能，仅通过更换粘结剂就解决了现有技术中正极金属溶出的问题，能够更好地适用于低钴或无钴的正极活性材料，下面对本专利技术上述实施例的正极片进行详细描述。根据本专利技术的实施例，专利技术人发现，将含有氰基-CN的聚合物作为粘结剂应用到正极片中时，一方面可以使含有氰基-CN的聚合物包覆在正极活性材料表面，进而减小正极活性材料与电解液的接触面积，抑制正极活性材料中过渡金属在电解液中的溶解，显著降低电解液中过渡金属的溶出量；另一方面，聚合物中的氰基-CN可以络合已经溶入电解液的过渡金属离子并将其固定下来，避免其在负极析出以及连带产生的阻抗增加等问题，由此可以有效解决正极金属溶出的问题。优选地，可以将正极片的粘结剂完全替换为如式I所示结构式的聚合物。根据本专利技术的一个具体实施例，具有式I所示结构式的聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正极片，其特征在于，包括集流体和形成在所述集流体上的活性物质层，所述活性物质层包括正极活性材料、导电剂和粘结剂，所述粘结剂包括如式I所示结构式的聚合物，所述聚合物包括a链段、b链段和c链段，/n

【技术特征摘要】
1.一种正极片，其特征在于，包括集流体和形成在所述集流体上的活性物质层，所述活性物质层包括正极活性材料、导电剂和粘结剂，所述粘结剂包括如式I所示结构式的聚合物，所述聚合物包括a链段、b链段和c链段，





2.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述聚合物中a链段的含量为15～50wt％，
任选地，所述聚合物中a链段的含量为25～40wt％，
任选地，所述聚合物中a链段的含量为30～35wt％。


3.根据权利要求2所述的正极片，其特征在于，所述聚合物的重均分子量为10万～100万，
任选地，所述聚合物由丙烯腈、1，3-丁二烯和含有1-丁烯链段的烷烃共聚得到。


4.根据权利要求1～3中任一项所述的正极片，其特征在于，用于形成所述活性物质层的正极浆料中，所述聚合物的添加量为1～2wt％。


5.根据权利要求4所述的正极片，其特征在于，所述正极浆料中，所述正极活性材料、所述粘结剂、所述导电剂和溶剂的质量比为(70～80)：(1～2)：(1～2)：(20～30)，所述粘结剂为所述聚合物。


6.根据权利要求1或5所述的正极片，其特征在于，所述正极活性材...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉星，张冰，刘静，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32