一种正极片及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及电池电极技术领域，尤其涉及一种正极片及其制备方法与应用。

技术背景

锂离子电池自商业化推广以来，以其高能量密度、高工作电压、循环寿命长、无记忆效应、绿色环保、以及可根据实际需求灵活设计尺寸形状大小等诸多优点被广泛用于各种便携式消费电子产品的电源。新能源汽车市场拥有巨大的前景，锂离子电池作为重要化学电源，在移动通讯设备、电动工具、电化学储能、电动自行车和电动车等方面应用广泛，锂离子电池及相关配套产业需求量越来越大。

随着电动汽车行业飞速发展，动力锂离子电池在能量密度、倍率性能、安全性能等方面面临越来越大的挑战。但上述三种性能往往存在相互制约，提高其中一种性能会降低另外两种性能，使得动力电池综合性能难以提高。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种正极片及其制备方法与应用，旨在提高现有锂离子电池的能量密度、倍率性能和安全性能还较差。

本发明的技术方案如下：

一种正极片，其中，包括集流体以及设置在所述集流体上的活性物质层，所述活性物质层按质量百分比计包括90-98％的正极活性物质，0.5-6％的富锂固态电解质、0.5-2％的导电剂以及0.5-2％的粘结剂。

所述的正极片，其中，所述富锂固态电解质为富锂锂镧锆氧、富锂锂镧锆钽氧、富锂锂镧钛氧、富锂磷酸钛铝锂、富锂磷酸锆锂和富锂磷酸锗铝锂中的一种或多种。

所述的正极片，其中，所述富锂固态电解质的粒径为30-500nm。

所述的正极片，其中，所述正极活性物质为钴酸锂、镍钴锰三元和镍钴铝三元中的一种或多种。

所述的正极片，其中，所述导电剂为导电碳黑、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、石墨烯、柯琴黑、导电石墨和碳纤维中的一种或多种。

所述的正极片，其中，所述粘结剂为聚二偏氟乙烯、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚乙撑亚胺、聚对苯二甲酰苯二胺、聚甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯、聚2-甲氧基乙基缩水甘油醚、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯腈、聚碳酸乙烯酯、聚三亚甲基碳酸酯和聚碳酸丙烯酯中的一种或多种。

一种正极片的制备方法，其中，包括步骤：

按质量百分比计，将90-98％的正极活性物质，0.5-6％的富锂固态电解质、0.5-2％的导电剂以及0.5-2％的粘结剂混合在一起，形成浆料；

将所述浆料涂覆在集流体表面形成活性物质层，制得所述正极片。

一种正极片的应用，其中，将所述正极片用于制备锂离子电池。

所述的应用，其中，所述锂离子电池还包括负极片，用于将所述正极片和负极片隔开形成电极组的隔离膜，以及设置在所述电极组之间的电解质。

所述的应用，其中，所述隔离膜为聚乙烯隔离膜、聚丙烯隔离膜、无纺布隔膜和聚乙烯-聚丙烯混合隔膜中的一种。

有益效果：本发明提供了一种正极片，通过在正极片的活性物质层里加入少量富锂固态电解质，为充电状态下的层状氧化物正极活性物质提供锂离子，提高活性物质结构稳定性，延缓和降低氧释放，提高电芯安全性能。因此，将该正极片用于制备锂离子电池时，所述富锂固态电解质为正极活性物质提供的锂离子，可提高锂离子电池首次充放电效率和正极克容量发挥，提高电池电芯能量密度，同时，固态电解质能够传导锂离子，在一定程度上提高动力学性能。

附图说明

图1为本发明一种正极片的制备方法流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种正极片及其制备方法与应用，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种正极片，其包括集流体以及设置在所述集流体上的活性物质层，所述活性物质层按质量百分比计包括90-98％的正极活性物质，0.5-6％的富锂固态电解质、0.5-2％的导电剂以及0.5-2％的粘结剂。

在本发明中，通过在正极片的活性物质层里加入0.5-6％的富锂固态电解质，可为充电状态下的层状氧化物正极活性物质提供锂离子，提高活性物质结构稳定性，延缓和降低氧释放，提高电芯安全性能。因此，将该正极片用于制备锂离子电池时，所述富锂固态电解质为正极活性物质提供的锂离子，可提高锂离子电池首次充放电效率和正极克容量发挥，提高电池电芯能量密度，同时，固态电解质能够传导锂离子，在一定程度上提高动力学性能。

在一些实施方式中，所述富锂固态电解质为富锂锂镧锆氧、富锂锂镧锆钽氧、富锂锂镧钛氧、富锂磷酸钛铝锂、富锂磷酸锆锂和富锂磷酸锗铝锂中的一种或多种。优选地，所述富锂固态电解质的粒径为30-500nm。

在一些实施方式中，所述正极活性物质为钴酸锂、镍钴锰三元和镍钴铝三元中的一种或多种，但不限于此。

在一些实施方式中，所述导电剂为导电碳黑、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、石墨烯、柯琴黑、导电石墨和碳纤维中的一种或多种，但不限于此。

在一些实施方式中，所述粘结剂为聚二偏氟乙烯、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚乙撑亚胺、聚对苯二甲酰苯二胺、聚甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯、聚2-甲氧基乙基缩水甘油醚、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯腈、聚碳酸乙烯酯、聚三亚甲基碳酸酯和聚碳酸丙烯酯中的一种或多种，但不限于此。

在一些实施方式中，还提供一种正极片的制备方法，如图1所示，其包括步骤：

S10、按质量百分比计，将90-98％的正极活性物质，0.5-6％的富锂固态电解质、0.5-2％的导电剂以及0.5-2％的粘结剂混合在一起，形成浆料；

S20、将所述浆料涂覆在集流体表面形成活性物质层，制得所述正极片。

本实施例提供的正极片的制备方法简单易操作，制得的正极片中所包含的富锂固态电解质，可为充电状态下的层状氧化物正极活性物质提供锂离子，提高活性物质结构稳定性，延缓和降低氧释放，提高电芯安全性能。因此，将该正极片用于制备锂离子电池时，所述富锂固态电解质中锂离子可以补充第一次充放电过程中消耗的锂离子，提高首次库伦效率和正极克容量发挥，进而提高电芯能量密度；同时，固态电解质能够传导锂离子，在一定程度上提高动力学性能。

在一些实施方式中，还提供一种正极片的应用，其中，将所述正极片用于制备锂离子电池。所述锂离子电池还包括负极片，用于将所述正极片和负极片隔开形成电极组的隔离膜，以及设置在所述电极组之间的电解质。

本发明对电解质不做限定，可以为液体电解质、固体电解质或者固液混合电解质等任何已知可以用于锂离子电池的电解质。本发明对隔离膜不做限定，可以为聚乙烯隔离膜、聚丙烯隔离膜、无纺布隔膜或聚乙烯-聚丙烯混合隔膜等任何已知可以用于锂离子电池的隔离膜。本发明对负极极片不做限定，天然石墨、人工石墨、炭黑、碳纤维、碳纳米管、石墨烯、硅、锡、氧化亚硅等活性物质中任一种或至少两种的组合。通过隔离膜将正极极片和负极极片隔开形成电极组，将所述电机组置入电池壳内，注入电解液后密封电池壳得到所述锂离子电池。

下面通过具体实施例对本发明做进一步的解释说明：

实施例1

将97.0％镍钴锰三元材料、0.8％导电炭黑、0.4％碳纳米管、1.3％聚二偏氟乙烯、0.5％富锂磷酸钛铝锂与N-甲基吡咯烷酮溶剂混合形成浆料，将所得浆料涂覆到铝箔表面形成正极极片。

实施例2

将96.5％镍钴锰三元材料、0.8％导电炭黑、0.4％碳纳米管、1.3％聚二偏氟乙烯、1.0％富锂磷酸钛铝锂与N-甲基吡咯烷酮溶剂混合形成浆料，将所得浆料涂覆到铝箔表面形成正极极片。

实施例3

将96.0％镍钴锰三元材料、0.8％导电炭黑、0.4％碳纳米管、1.3％聚二偏氟乙烯、1.5％富锂磷酸钛铝锂与N-甲基吡咯烷酮溶剂混合形成浆料，将所得浆料涂覆到铝箔表面形成正极极片。

实施例4

将95.5％镍钴锰三元材料、0.8％导电炭黑、0.4％碳纳米管、1.3％聚二偏氟乙烯、2.0％富锂磷酸钛铝锂与N-甲基吡咯烷酮溶剂混合形成浆料，将所得浆料涂覆到铝箔表面形成正极极片。

实施例5

将94.5％镍钴锰三元材料、0.8％导电炭黑、0.4％碳纳米管、1.3％聚二偏氟乙烯、3％富锂磷酸钛铝锂与N-甲基吡咯烷酮溶剂混合形成浆料，将所得浆料涂覆到铝箔表面形成正极极片。

对比例1

将97.5％镍钴锰三元材料、0.8％导电炭黑、0.4％碳纳米管、1.3％聚二偏氟乙烯与N-甲基吡咯烷酮溶剂混合形成浆料，将所得浆料涂覆到铝箔表面形成正极极片。

选用50A6C2容量10Ah型叠片电芯(电芯厚度5mm、宽度106mm、长度122mm)验证不同实施例对电芯安全性能、克容量发挥和倍率性能的影响。所述电芯除正极极片的区别外，负极极片、隔离膜、电解质等其它所有部件及工艺均一致。各实施例与对比例电芯安全性能、克容量发挥和倍率性能比较结果如表1所示。

表1电芯安全性能、克容量发挥和倍率性能测试对比结果

由表1中数据可知，采用本发明所述正极片，电芯首次库伦效率和克容量发挥显著改善，同时安全性能和倍率性能也有显著提高。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。