正极材料层、正极和锂离子电池制造技术

本发明专利技术公开了一种正极材料层、正极和锂离子电池，所述正极材料层包括三元材料层，沿着远离所述活性物质层的方向依次设置磷酸锰铁锂层和水性聚氨酯基固态电解质层。本发明专利技术的正极材料层应用于锂离子电池，可以在提升安全性能的同时保证高的能量密度。能的同时保证高的能量密度。

【技术实现步骤摘要】
正极材料层、正极和锂离子电池


[0001]本专利技术涉及电池
，涉及一种正极材料层、正极和锂离子电池。

技术介绍

[0002]在当今社会中，锂离子电池因其循环性能好、对环境友好等优点，逐渐成为最主要的可移动能源。相应的，锂离子电池的安全性和能量密度也越来越受到人们的重视。
[0003]CN107431234A公开了一种高安全性且高能量密度的电池，包含正极、负极、电解液和布置在所述正极和所述负极之间的隔膜，其中，所述正极具有3mAh/cm2以上的每单位面积充电容量，所述负极包含金属和/或金属氧化物以及碳作为负极活性材料，在所述负极中的碳的可接受的锂量小于从所述正极可释放的锂量，且所述隔膜在所述电解液中在所述电解液的沸点下具有小于3％的热收缩系数。其通过在负极活性材料中使用大量金属材料以提高能量密度，解决了当可由负极碳材料接受的锂量小于可由正极活性物质释放的锂量时对于安全性的担忧。
[0004]CN209515896U公开了一种锂离子二次电池，包括壳体，以及设置于所述壳体内部的正极活性层、负极活性层、隔膜、正极侧集流体和电解液层；所述正极活性层与所述负极活性层相互垂直；所述隔膜设置于所述正极活性层内侧且与所述正极活性层相互平行；所述正极侧集流体设置于所述正极活性层(1)外侧且与所述正极活性层相互平行；所述电解液层设置于所述壳体与所述正极活性层、所述负极活性层及所述隔膜之间。该专利由于采用锂作为负极，同时锂枝晶生长方向不与隔膜直接相对，因此在提高能量密度的同时提高锂离子二次电池的安全性。
[0005]但是，正极材料与电解质之间的副反应会极大影响电池性能，且锂电池的安全特性依然是目前锂离子电池亟需解决的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提出一种正极材料层、正极和锂离子电池。本专利技术的正极材料层应用于锂离子电池，可以在提升安全性能的同时保证高的能量密度。
[0007]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术的目的在于提供一种正极材料层，其特征在于，所述正极材料层包括活性物质层，沿着远离所述活性物质层的方向依次设置磷酸锰铁锂层和水性聚氨酯基固态电解质层。
[0009]以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。
[0010]优选地，所述水性聚氨酯基固态电解质层占所述正极材料层总厚度的5
‑
15％，优选为7
‑
12％。
[0011]优选地，所述水性聚氨酯基固态电解质层的离子电导率为(6.0
‑
7.0)
×
10
‑5S
·
cm
‑1，优选为6.6
×
10
‑5S
·
cm
‑1。
[0012]优选地，所述水性聚氨酯基固态电解质层包括非离子水性聚氨酯和锂盐。
[0013]作为一种实施方式，所述水性聚氨酯基固态电解质层中的锂盐含量为10
‑
60wt.％；可以理解的是，锂盐含量没有特别要求，通过锂盐含量来调节固态电解质层的离子电导率是本领域已知的。
[0014]优选地，所述活性物质层占所述正极材料层总厚度的60
‑
80％，例如60％、65％、72％、74％、75％、77％、78％或80％等。
[0015]优选地，所述活性物质层包括正极活性物质。
[0016]优选地，所述活性物质层包括第一粘结剂和第一导电材料。
[0017]优选地，所述磷酸锰铁锂层占所述正极材料层总厚度的10
‑
30％，例如10％、15％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％或30％等。
[0018]优选地，所述磷酸锰铁锂层包括磷酸锰铁锂。
[0019]优选地，所述磷酸锰铁锂正极材料的化学式为LiMn
x
Fe1‑
x
PO4，其中，x为0.4
‑
0.6，例如0.4、0.45、0.5、0.55或0.6等。
[0020]优选地，所述磷酸锰铁锂层中还包括第二粘结剂和第二导电材料，所述第二导电材料包括单壁碳纳米管和VGCF中的至少一种。
[0021]作为本专利技术所述方法的优选技术方案，所述活性物质层和所述磷酸锰铁锂层之间还设置有油性聚合物型固态电解质层。
[0022]在活性物质层和磷酸锰铁锂层之间的表面使用油性聚合物型固态电解质可以提升电池的循环性能，同时，还解决了三元材料表面设置聚合物固态电解质层的水分工艺控制问题，提升了工艺效率。
[0023]优选地，所述油性聚合物型固态电解质层占所述正极材料层总厚度的5
‑
15％。
[0024]优选地，所述油性聚合物型固态电解质层的离子电导率低于所述水性聚氨酯基固态电解质层的离子电导率。
[0025]优选地，所述油性聚合物型固态电解质层的离子电导率为(5.0
‑
6.0)
×
10
‑5S
·
cm
‑1，优选为5.6
×
10
‑5S
·
cm
‑1。
[0026]优选地，所述油性聚合物型固态电解质层包括聚合物和锂盐。
[0027]优选地，所述油性聚合物型固态电解质中的聚合物包括PEO和PEG中的至少一种。
[0028]第二方面，本专利技术提供一种正极，所述正极包括集流体和设置在所述集流体表面的如第一方面所述的正极材料层，所述活性物质层靠近所述集流体一侧。
[0029]第三方面，本专利技术提供一种锂离子电池，所述锂离子电池的正极中包括第一方面所述的正极材料层，或所述锂离子电池中的正极采用第二方面所述的正极。
[0030]与已有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0031]本专利技术中，通过正极活性物质层、磷酸锰铁锂层和水性聚氨酯基固态电解质层的配合，可以保证电池具有高的能量密度和安全性能。
[0032]进一步地，在三元材料层和磷酸锰铁锂层之间设置油性聚合物型固态电解质层，进一步提升了电池的安全性能和电化学性能。
具体实施方式
[0033]下面通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。
[0034]本专利技术在一实施例提供一种正极材料层，所述正极材料层包括正极活性物质层，沿着远离所述正极活性物质层的方向依次设置磷酸锰铁锂层和水性聚氨酯基固态电解质层。
[0035]磷酸锰铁锂是在磷酸铁锂的基础上掺杂一定比例的锰(Mn)而形成的新型磷酸盐类锂离子电池正极材料，通过锰元素的掺杂，一方面使得铁和锰两种元素的优势特点能够有效结合，另一方面锰和铁在元素周期表中都位于第四周期副族且相邻，具有相近的离子半径以及部分化学性质，故而掺杂不会明显影响原有的结构。相比磷酸铁锂，锰高电压的特本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极材料层，其特征在于，所述正极材料层包括活性物质层，沿着远离所述活性物质层的方向依次设置磷酸锰铁锂层和水性聚氨酯基固态电解质层。2.根据权利要求1所述的正极材料层，其特征在于，所述水性聚氨酯基固态电解质层占所述正极材料层总厚度的5
‑
15％，优选为7
‑
12％；优选地，所述水性聚氨酯基固态电解质层的离子电导率为(6.0
‑
7.0)
×
10
‑5S
·
cm
‑1，优选为6.6
×
10
‑5S
·
cm
‑1。3.根据权利要求1或2所述的正极材料层，其特征在于，所述水性聚氨酯基固态电解质层包括非离子水性聚氨酯和锂盐；优选地，所述水性聚氨酯基固态电解质层中的锂盐含量为10
‑
60wt.％。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的正极材料层，其特征在于，所述活性物质层占所述正极材料层总厚度的60
‑
80％；优选地，所述活性物质层包括正极活性物质；优选地，所述活性物质层包括第一粘结剂和第一导电材料。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的正极材料层，其特征在于，所述磷酸锰铁锂层占所述正极材料层总厚度的10
‑
30％；优选地，所述磷酸锰铁锂层包括磷酸锰铁锂；优选地，所述磷酸锰铁锂的化学式为LiMn
x
Fe1‑
x
PO4，其中，x为0.4
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：李峥，沈志鹏，冯玉川，陈凯，何泓材，
申请(专利权)人：苏州清陶新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：