一种正极片及锂离子电池制造技术

为克服现有磷酸铁锂电池存在由导电剂构建的导电网络性能不足的问题，本发明专利技术提供了一种正极片，包括正极材料层，所述正极材料层包括正极活性材料和导电剂，所述正极活性材料选自磷酸铁锂类材料，所述导电剂包括有炭黑，所述正极材料层满足以下条件：3.2%≤100*x*a/(τ/ε)≤30.0%。同时，本发明专利技术还公开了包括上述正极片的锂离子电池。本发明专利技术提供的正极片将正极材料层本身的物理性质与导电网络的构建相关联，有效优化了正极材料层的液相扩散阻抗以及电子传导性能，提升了正极片的动力学性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种正极片及锂离子电池


[0001]本专利技术属于二次电池
，具体涉及一种正极片及锂离子电池。

技术介绍

[0002]磷酸铁锂材料是一种极其安全而且性能优异的锂离子电池正极材料，在动力电池领域应用广泛。受结构限制，磷酸铁锂材料自身的电子导电率很低，限制了其在锂离子电池中的发挥。目前在磷酸铁锂电极中都会选择加入导电剂，导电剂的首要作用是提高电子电导率，导电剂在活性物质之间、活性物质与集流体之间起到收集微电流的作用以减小电极的接触电阻，提高锂电池中电子的迁移速率，降低电池极化。此外，导电剂也可以提高极片加工性，促进电解液对极片的浸润，对应电极液相扩散阻抗的变化。但是对于需要加入何种导电剂以及导电剂的加入量，并没有普适的规则。传统的电极，导电剂的使用过于单一，导电剂与导电剂之间搭配难以形成比较高效的导电网络。同一种导电剂配方往往会应用在不同的电极中，对于不同电极材料来说，采用同种导电剂配方往往得到不同的作用，因此，现有导电剂添加配比不能充分发挥电极性能。

技术实现思路

[0003]针对现有磷酸铁锂电池存在由导电剂构建的导电网络性能不足的问题，奔本专利技术提供了一种正极片及锂离子电池。
[0004]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：一方面，本专利技术提供了一种正极片，包括正极材料层，所述正极材料层包括正极活性材料和导电剂，所述正极活性材料选自磷酸铁锂类材料，所述导电剂包括炭黑，所述正极材料层满足以下条件：3.2%≤100*x*a/(τ/ε)≤30.0%其中，x为所述炭黑在所述导电剂中的重量百分比；a为以所述正极活性材料为100%计所述导电剂的重量百分比；τ为所述正极材料层的电极曲折度；ε为所述正极材料层的孔隙率。
[0005]可选的，所述正极材料层满足以下条件：3.5%≤100*x*a/(τ/ε)≤15%。
[0006]可选的，所述炭黑在所述导电剂中的重量百分比x为30%~100%。
[0007]可选的，所述炭黑在所述导电剂中的重量百分比x为40%~70%。
[0008]可选的，以所述正极活性材料为100%计导电剂的重量百分比a为0.5%~2.5%。
[0009]可选的，以所述正极活性材料为100%计导电剂的重量百分比a为0.75%~1.5%。
[0010]可选的，所述正极材料层的电极曲折度τ为1.5~3.5。
[0011]可选的，所述正极材料层的电极曲折度τ为2.5~3.2。
[0012]可选的，所述正极材料层的孔隙率ε为10%~40%。
[0013]可选的，所述正极材料层的孔隙率ε为15%~30%。
[0014]可选的，所述炭黑的平均粒径为20
‑
100 nm。
[0015]可选的，所述导电剂还包括碳纳米管和石墨烯中的一种或多种。
[0016]可选的，所述碳纳米管的平均直径为2
‑
60nm，平均长度为1
‑
15μm；所述石墨烯的平均厚度为1
‑
100 nm，平均长度为0.2
‑
20μm，平均宽度为0.2
‑
20μm。
[0017]可选的，所述正极材料层为单层结构。
[0018]可选的，所述正极材料层包括多层正极涂层，所述炭黑在所述导电剂中的重量百分比x为多层正极涂层中炭黑质量总和与导电剂质量总和的百分比。
[0019]可选的，所述正极片还包括有集流体，所述正极材料层设置于所述集流体上，沿远离所述集流体的方向，多层所述正极涂层的炭黑含量逐层增大，多层所述正极涂层的其他添加剂含量逐层降低。
[0020]另一方面，本专利技术提供了一种锂离子电池，包括如上所述的正极片。
[0021]根据本专利技术提供的正极片，专利技术人基于磷酸铁锂电池的正极体系，通过大量试验对导电剂的使用规则，即对导电剂的添加比例与电极结构之间的交互关系进行了试验，发现：控制所述炭黑在所述导电剂中的重量百分比x、以所述正极活性材料为100%计所述导电剂的重量百分比a、所述正极材料层的电极曲折度τ和所述正极材料层的孔隙率ε满足关系式3.2%≤100*x*a/(τ/ε)≤30.0%的限定，能够使正极材料层本身的物理性质与导电网络的构建相关联，有效优化正极材料层的液相扩散阻抗以及电子传导性能，提升正极片的动力学性能。
附图说明
[0022]图1是本专利技术提供的等效电路图。
具体实施方式
[0023]为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0024]在本专利技术的描述中，“磷酸铁锂类材料”指代含有磷酸铁锂的正极活性材料，在一些情况下，所述磷酸铁锂的表面还包括有碳包覆层以形成所述正极活性材料。
[0025]在本专利技术的描述中，“所述炭黑的平均粒径”扫描电镜图片测量300个炭黑，由300个炭黑的粒径取平均值得出。
[0026]在本专利技术的描述中，“所述碳纳米管的平均长度”、“所述碳纳米管的平均直径”均由扫描电镜图片测量300个碳纳米管后取平均值得出。
[0027]“所述石墨烯的平均厚度”、“所述石墨烯的平均长度”和“所述石墨烯的平均厚度”由扫描电镜图片测量300个石墨烯，“所述石墨烯的平均厚度”由石墨烯的厚度取平均值得出，“所述石墨烯的平均长度”由石墨烯的最长径取平均值得出，所述石墨烯的最长径即所述石墨烯表面相距最远的两点之间的距离，“所述石墨烯的平均宽度”由石墨烯与最长径垂直的方向的最大宽度取平均值得出，所述石墨烯与最长径垂直的方向的最大宽度指的是所述石墨烯在与所述最长径垂直方向上的宽度的最大值。
[0028]本专利技术实施例提供了一种正极片，包括正极材料层，所述正极材料层包括正极活性材料和导电剂，所述正极活性材料选自磷酸铁锂类材料，所述导电剂包括有炭黑，所述正极材料层满足以下条件：3.2%≤100*x*a/(τ/ε)≤30.0%其中，x为所述炭黑在所述导电剂中的重量百分比；a为以所述正极活性材料为100%计所述导电剂的重量百分比；τ为所述正极材料层的电极曲折度；ε为所述正极材料层的孔隙率。
[0029]专利技术人基于磷酸铁锂电池的正极体系，通过大量试验对混合导电剂的使用规则，即对导电剂的添加比例与电极结构之间的交互关系进行了试验，发现：控制所述炭黑在所述导电剂中的重量百分比x、以所述正极活性材料为100%计所述导电剂的重量百分比a、所述正极材料层的电极曲折度τ和所述正极材料层的孔隙率ε满足关系式3.2%≤100*x*a/(τ/ε)≤30.0%的限定，能够使正极材料层本身的物理性质与导电网络的构建相关联，有效优化正极材料层的液相扩散阻抗以及电子传导性能，提升正极片的动力学性能。
[0030]在一些实施例中，所述正极材料层满足以下条件：3.5%≤100*x*a/(τ/ε)≤15%。
[0031]通过对上述关系式范围的进一步限制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极片，其特征在于，包括正极材料层，所述正极材料层包括正极活性材料和导电剂，所述正极活性材料选自磷酸铁锂类材料，所述导电剂包括炭黑，所述正极材料层满足以下条件：3.2%≤100*x*a/(τ/ε)≤30.0%其中，x为所述炭黑在所述导电剂中的重量百分比；a为以所述正极活性材料为100%计所述导电剂的重量百分比；τ为所述正极材料层的电极曲折度；ε为所述正极材料层的孔隙率。2.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述正极材料层满足以下条件：3.5%≤100*x*a/(τ/ε)≤15%。3.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述炭黑在所述导电剂中的重量百分比x为30%~100%。4.根据权利要求3所述的正极片，其特征在于，所述炭黑在所述导电剂中的重量百分比x为40%~70%。5.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，以所述正极活性材料为100%计导电剂的重量百分比a为0.5%~2.5%。6.根据权利要求5所述的正极片，其特征在于，以所述正极活性材料为100%计导电剂的重量百分比a为0.75%~1.5%。7.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述正极材料层的电极曲折度τ为1.5~3.5。8.根据权利要求7所述的正极片，其特征在于，所述正极材料层的电极曲折度τ为2.5~3.2。9.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述正极材料层的孔隙率ε为10%~4...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄腾，胡瑜磊，许占，袁晓涛，何科峰，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：