一种正极极片及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种正极极片及其制备方法和应用，所述正极极片包括依次层叠设置的正极集流体、安全涂层、预锂化涂层和正极活性物质层，所述安全涂层包括磷酸盐材料，所述预锂化涂层包括富锂化合物和/或牺牲盐类预锂化材料，本发明专利技术在正极极片的安全涂层和正极活性物质层之间设置预锂化涂层，所述预锂化涂层在不影响安全涂层作用的情况下，可以增加电池能量密度，提高电解液的浸润性，使得安全涂层和电极活性材料层中的活性材料的容量得以充分发挥。挥。挥。

【技术实现步骤摘要】
一种正极极片及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，涉及一种正极极片及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池由于具备能量密度大、输出功率高、循环寿命长和环境污染小等优点而被广泛应用于电动汽车以及消费类电子产品中。然而锂离子电池在受到挤压、碰撞或穿刺等异常情况时很容易发生着火、爆炸，从而引起严重危害。目前需要既保证安全性能，同时不影响锂离子电池电化学性能的方法，来解决锂离子电池的安全问题。
[0003]CN 111916661A公开了一种锂离子电池阻燃材料及其制备方法、锂离子电池正极、负极、隔膜、锂离子电池及电池模组，该阻燃材料包括核壳结构的复合材料颗粒，所述复合材料的颗粒包括内核和包覆在所述内核的外表面的外壳，所述内核含有阻燃剂，所述外壳含有聚合物，公开的阻燃材料具有较宽的防止锂离子电池发生热失控的温控范围，但是会增加电池的内阻。
[0004]CN 112864474A公开了一种高安全电池结构及电池，该结构包括：叠层设置的多个电池单元，电池单元包括：负极集流体、正极集流体和多孔绝缘层，负极集流体的双面涂覆有负极涂层、正极集流体双面覆有正极涂层，多孔绝缘层位于正极涂层和负极涂层之间；电池结构按厚度方向分为中央侧电池单元和位于中央侧电池单元两侧的表面侧电池单元，表面侧电池单元的多孔绝缘层热稳定性低于中心侧电池单元的多孔绝缘层，和/或表面侧电池单元的正极涂层热稳定性高于中心侧电池单元的正极涂层，其提供的电池结构在锂离子电池滥用(如针刺、过热等)初期，使电池的能量在散热性较好的外层缓慢释放，降低电池在高温失控时的能量，使电池处于相对安全的状态，但是绝缘层的引入会影响电池的电化学性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种正极极片及其制备方法和应用，本专利技术所述正极极片中，在安全涂层和正极活性物质层之间设置预锂化涂层，所述预锂化涂层在不影响安全涂层作用的情况下，可以增加电池能量密度，提高电解液的浸润性，使得安全涂层和电极活性材料层中的活性材料的容量得以充分发挥。
[0006]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种正极极片，所述正极极片包括依次层叠设置的正极集流体、安全涂层、预锂化涂层和正极活性物质层，所述安全涂层包括磷酸盐材料，所述预锂化涂层包括富锂化合物和/或牺牲盐类预锂化材料。
[0008]本专利技术所述正极极片中设置安全涂层和预锂化涂层，所述预锂化涂层的引入并不会影响原本安全涂层的作用，含有安全涂层和预锂化涂层的电化学装置在发生锂枝晶刺穿隔膜等情况时依旧表现出高的安全性。本专利技术所述预锂化层可以补充SEI和CEI膜消耗的活性锂，增加电池的能量密度，其化成阶段分解时往往会产生气体，对安全涂层和电极活性材
料层有造孔的效果，可以提高电解液对其的浸润性，进而使得安全涂层和正极活性物质层中的活性材料的容量得以充分发挥。
[0009]优选地，所述磷酸盐材料的化学式为LiFe1‑
x
‑
y
Mn
x
M
y
PO4，其中，0≤x≤1，0≤y≤0.1，0≤x+y≤1，M包括Sn、Cr、Mg、Ti、Al、Zn、W、Nb或Zr中的任意一种或至少两种的组合。
[0010]优选地，所述富锂化合物包括Li5FeO4、Li2NiO2、Li6CoO4、Li2MoO3或富锂锰基化合物中的任意一种或至少两种的组合。
[0011]优选地，所述牺牲盐类预锂化材料包括氮化锂、氧化锂、碳氧化合物锂盐或二羧基酸锂盐中的任意一种或至少两种的组合。
[0012]优选地，所述安全涂层、预锂化涂层和正极活性物质层均包括粘结剂和导电剂。
[0013]优选地，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、改性聚偏氟乙烯、聚偏氯乙烯或改性聚偏氯乙烯中的任意一种或至少两种的组合。
[0014]优选地，所述导电剂包括导电炭黑、乙炔黑、石墨、石墨烯、碳纳米管或碳纳米纤维中的任意一种或至少两种的组合。
[0015]优选地，所述正极活性物质层中的活性物质包括钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、镍锰酸锂、镍锰钴酸锂、镍锰铝酸锂、磷酸铁锂、磷酸钒锂、磷酸钴锂或磷酸锰锂中的任意一种或至少两种的组合。
[0016]优选地，所述安全涂层的厚度为0.1～30μm，例如：0.1μm、1μm、5μm、10μm或30μm等，优选为1～12μm，进一步优选为1～5μm。
[0017]优选地，以所述安全涂层的质量为100％计，所述磷酸盐材料的质量分数为20～95％，例如：20％、30％、50％、80％或95％等，优选为30～90％，进一步优选为50～85％。
[0018]优选地，所述预锂化涂层的厚度为0.1～20μm，例如：0.1μm、1μm、5μm、10μm或20μm等，优选为1～15μm，进一步优选为1～6μm。
[0019]优选地，以所述预锂化涂层的质量为100％计，所述富锂化合物和/或牺牲盐类预锂化材料的质量分数为10～98％，例如：10％、20％、50％、80％或98％等，优选为30～90％，进一步优选为60～90％。
[0020]第二方面，本专利技术提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包含如第一方面所述的正极极片，所述锂离子电池还包括负极极片，所述正极极片中，预锂化材料容量C1，正极活性物质层中活性物质容量C2，所述锂离子电池的正极首效
‑
所述锂离子电池的负极首效＝η，所述C1、C2和η满足关系式：C1＝C2×
η，其中0.5≤λ≤1，η＜0。
[0021]相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
[0022](1)本专利技术所述正极极片中，在安全涂层和正极活性物质层之间设置预锂化涂层，所述预锂化涂层在不影响安全涂层作用的同时，可以增加电池能量密度，提高电解液的浸润性，使得安全涂层和电极活性材料层中的活性材料的容量得以充分发挥。
[0023](2)本专利技术所述正极极片制成电池的针刺测试通过率可达100％，80％容量循环次数可达568圈，容量可达5200Ah以上。
附图说明
[0024]图1是实施例1所述正极极片的结构侧视图，1
‑
集流体，2
‑
安全涂层，3
‑
预锂化涂层，4
‑
正极活性物质层。
具体实施方式
[0025]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。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本专利技术，不应视为对本专利技术的具体限制。1，制备方法：
[0026]1.1安全涂层制备
[0027]将一定配比的粘结剂材料、导电剂材料和无机填料分散于N
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮(NMP)中，搅拌均匀后涂布在正极集流体上，烘干后即得到安全涂层。
[0028]1.2同时带有安全涂层和补锂涂层的极片制备
[0029]采用80％ Li5FeO4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极极片，其特征在于，所述正极极片包括依次层叠设置的正极集流体、安全涂层、预锂化涂层和正极活性物质层，所述安全涂层包括磷酸盐材料，所述预锂化涂层包括富锂化合物和/或牺牲盐类预锂化材料。2.如权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述磷酸盐材料的化学式为LiFe1‑
x
‑
y
Mn
x
M
y
PO4，其中，0≤x≤1，0≤y≤0.1，0≤x+y≤1，M包括Sn、Cr、Mg、Ti、Al、Zn、W、Nb或Zr中的任意一种或至少两种的组合。3.如权利要求1或2所述的正极极片，其特征在于，所述富锂化合物包括Li5FeO4、Li2NiO2、Li6CoO4、Li2MoO3或富锂锰基化合物中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述牺牲盐类预锂化材料包括氮化锂、氧化锂、碳氧化合物锂盐或二羧基酸锂盐中的任意一种或至少两种的组合。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的正极极片，其特征在于，所述安全涂层、预锂化涂层和正极活性物质层均包括粘结剂和导电剂；优选地，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、改性聚偏氟乙烯、聚偏氯乙烯或改性聚偏氯乙烯中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述导电剂包括导电炭黑、乙炔黑、石墨、石墨烯、碳纳米管或碳纳米纤维中的任意一种或至少两种的组合。5.如权利要求1
‑
4任一项所述的正极极片，其特征在于，所述正极活性物质层中的活性物质...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘驭一，刘荣江，黄彬彬，
申请(专利权)人：惠州亿纬锂能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：