CN108110216A - 锂离子电池正极极片及其制备方法和锂电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锂离子电池正极极片及其制备方法和锂电池，属于锂电池制造领域。本发明采用的技术方案是：所述正极极片包括集流体、活性层、导电层、正温度系数热敏电阻层层和保护层，在集流体表面涂覆镍钴锰酸锂作为活性层，厚度为50‑80μm；在镍钴锰酸锂活性涂层上喷涂多孔性导电聚合物胶作为导电层，厚度为50‑80μm；在导电层上，涂覆正温度系数热敏电阻层，厚度为5‑20μm；正温度系数热敏电阻层上一面喷涂多孔纳米氧化锆或氧化钛层作为保护层，另一面喷涂多孔纳米硅层作为保护层。本发明能够通过对锂电池正极极片的微观结构的重新设计来提高现有三元材料锂离子电池的安全性能，该正极极片结构同时又不降低电池的倍率性能。

Description

锂离子电池正极极片及其制备方法和锂电池
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池正极极片及其制备方法和锂电池，属于锂电池制造领域。
背景技术
随着电池领域的迅速发展，人们对三元材料锂离子电池的要求越来越高，特别注重安全性能的提升。现在提高三元锂离子电池安全性能的同时，往往以牺牲电池的倍率性能为代价，或者其他性能。而且传统的锂离子电池极片制作工艺简陋，导致电极活性材料和集流体之间的结合力相对较差，容易产生电极剥落现象，致使其机械可靠性降低，同时使电极复合材料的弯曲率受到限制。同时三元材料由于安全性能差，一直未广泛推广使用。本发明就可以实现既解决三元锂电池安全性能差，又不影响倍率性能。导电层可以大大提高不同活性层物质之间的导电率，提高极片倍率性能和导热性能；PPTC涂层可以防止三元材料涂层的热失控，提高三元材料的安全性能；最外层有极其薄的多孔纳米无机物形成的安全保护层，进一步提高三元锂离子电池安全性能，同时不影响倍率性能。
发明内容
本发明提供一种锂离子电池正极极片及其制备方法和锂电池，提高现有三元材料锂离子电池的安全性能，同时又不降低电池的倍率性能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
锂离子电池正极极片，所述正极极片包括集流体、活性层、导电层、正温度系数热敏电阻层（PPTC）层和保护层，在集流体表面涂覆镍钴锰酸锂作为活性层，涂层厚度为50-80μm；在镍钴锰酸锂活性涂层上喷涂多孔性导电聚合物胶作为导电层，涂层厚度为50-80μm；在导电层上，涂覆正温度系数热敏电阻层，厚度为5-20μm；正温度系数热敏电阻层上一面喷涂多孔纳米氧化锆或氧化钛层作为保护层，厚度为2-5μm，另一面喷涂多孔纳米硅层作为保护层，厚度为0.1-1μm。
作为优选，所述镍钴锰酸锂涂层所含物质及其质量比如下，镍钴锰酸锂：91-97%，PVDF：1-3%，SP：1-3%，KS-15:1-3%。
作为优选，所述多孔性导电聚合物胶选自聚苯胺、对苯二胺、吡咯、噻吩及其衍生物为基础的胶状聚合物并混有多孔石墨烯、碳纤维导电物质的多孔性导电聚合物胶。
作为优选，，所述正温度系数热敏电阻层所含物质及其质量比如下，聚乙烯：炭黑=1：（0.7~1.5）。
作为优选，，所述多孔纳米氧化锆或氧化钛层其组成及质量比如下，多孔纳米氧化锆或氧化钛：90-95%，PVDF ：5-10%。
作为优选，，所述多孔纳米硅层组成及质量比如下，多孔纳米硅：90-95%，PVDF ：5-10%。
制备锂离子电池正极极片的制备方法，制备方法包括以下步骤：
（1）在集流体表面涂覆镍钴锰酸锂作为活性层，并烘干，涂层厚度为50-80μm；
（2）然后在镍钴锰酸锂活性涂层上，喷涂多孔性导电聚合物胶作为导电层，并烘干，涂层厚度5-10μm；
（3）然后在导电层上涂覆正温度系数热敏电阻层，并烘干，得到正温度系数热敏电阻层（PPTC），厚度为5-20μm；
（4）在正温度系数热敏电阻层（PPTC）上一面喷涂多孔纳米氧化锆或氧化钛层作为保护层，烘干，厚度为2-5μm，另一面喷涂多孔纳米硅层作为保护层，烘干，厚度为0.1-1μm，进而得到本发明的正极极片。
还包括设有上述锂离子电池正极极片的锂电池。
本发明的优点在于：能够通过对锂电池正极极片的微观结构的重新设计来提高现有三元材料锂离子电池的安全性能，该正极极片结构同时又不降低电池的倍率性能。
具体实施方式：
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。
正极极片包括集流体、活性层、导电层、正温度系数热敏电阻层（PPTC）层和保护层，在集流体表面涂覆镍钴锰酸锂作为活性层，涂层厚度为50-80μm；在镍钴锰酸锂活性涂层上喷涂多孔性导电聚合物胶作为导电层，涂层厚度为50-80μm；在导电层上，涂覆正温度系数热敏电阻层，厚度为5-20μm；正温度系数热敏电阻层上一面喷涂多孔纳米氧化锆或氧化钛层作为保护层，厚度为2-5μm，另一面喷涂多孔纳米硅层作为保护层，厚度为0.1-1μm。
其中活性层镍钴锰酸锂涂层所含物质及其质量比如下，镍钴锰酸锂：91-97%，PVDF：1-3%，SP：1-3%，KS-15:1-3%。
导电层中多孔性导电聚合物胶选自聚苯胺、对苯二胺、吡咯、噻吩及其衍生物为基础的胶状聚合物并混有多孔石墨烯、碳纤维导电物质的多孔性导电聚合物胶。
正温度系数热敏电阻层所含物质及其质量比如下，聚乙烯：炭黑=1：（0.7~1.5）。
保护层中多孔纳米氧化锆或氧化钛层其组成及质量比如下，多孔纳米氧化锆或氧化钛：90-95%，PVDF ：5-10%。多孔纳米硅层组成及质量比如下，多孔纳米硅：90-95%，PVDF ：5-10%。
制备过程的实施例步骤：
（1）活性涂层制备，按照镍钴锰酸锂涂层中物质比例，称取原料，各成分的重量比例为镍钴锰酸锂： 96%，PVDF：2%，SP：1%，KS-15:1%。将上述原料配制固含量为60-80%的浆料，溶剂为NMP，然后涂布在集流体的两面，然后将集流体烘干，集流体表面制成厚度为80μm的活性涂层。
（2）导电层制备，将含有石墨烯的多孔性导电聚合物胶喷涂在集流体的活性涂层表面，并将其烘干烘干，集流体的最外面制成厚度为5μm的导电层。
（3）PPTC层制备，聚乙烯：炭黑=1： 1.5，制成厚度为为10μm的PPTC涂层。
（4）保护层制备，按照氧化钛：95%，PVDF：10%；多孔纳米硅：95%，PVDF：10%，分别配制成均一的浆体，然后在PPTC涂层上，一面喷涂多孔纳米氧化钛层，烘干，厚度为2μm，另一面喷涂多孔纳米硅层，烘干，厚度为0.1μm，获得保护层，从而制得整个正极极片。
将该正极极片应用于锂电池中实现该极片的利用。本发明能够通过对锂电池正极极片的微观结构的重新设计来提高现有三元材料锂离子电池的安全性能，该正极极片结构同时又不降低电池的倍率性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种锂离子电池正极极片，其特征在于，所述正极极片包括集流体、活性层、导电层、正温度系数热敏电阻层（PPTC）和保护层，在集流体表面涂覆镍钴锰酸锂作为活性层，涂层厚度为50-80μm；在镍钴锰酸锂活性涂层上喷涂多孔性导电聚合物胶作为导电层，涂层厚度为50-80μm；在导电层上涂覆正温度系数热敏电阻层，厚度为5-20μm；正温度系数热敏电阻层上一面喷涂多孔纳米氧化锆或氧化钛层作为保护层，厚度为2-5μm，另一面喷涂多孔纳米硅层作为保护层，厚度为0.1-1μm。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极极片，其特征在于，所述镍钴锰酸锂涂层所含物质及其质量比如下，镍钴锰酸锂：91-97%，PVDF：1-3%，SP：1-3%，KS-15:1-3%。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池正极极片，其特征在于，所述多孔性导电聚合物胶为聚苯胺、对苯二胺、吡咯、噻吩及其衍生物为基础的胶状聚合物，多孔性导电聚合物胶混有多孔石墨烯、碳纤维导电物质。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池正极极片，其特征在于，所述正温度系数热敏电阻层所含物质及其质量比如下，聚乙烯：炭黑=1：（0.7~1.5）。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池正极极片，其特征在于，所述多孔纳米氧化锆或氧化钛层其组成及质量比如下，多孔纳米氧化锆或氧化钛：90-95%，PVDF ：5-10%。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池正极极片，其特征在于，所述多孔纳米硅层组成及质量比如下，多孔纳米硅：90-95%，PVDF ：5-10%。
7.一种制备权利要求1所述的锂离子电池正极极片的制备方法，其特征是，制备方法包括以下步骤：
在集流体表面涂覆镍钴锰酸锂作为活性层，并烘干，涂层厚度为50-80μm；
然后在镍钴锰酸锂活性涂层上喷涂多孔性导电聚合物胶作为导电层，并烘干，涂层厚度5-10μm；
然后在导电层上涂覆正温度系数热敏电阻层，并烘干，得到正温度系数热敏电阻层（PPTC），厚度为5-20μm；
在正温度系数热敏电阻层（PPTC）上一面喷涂多孔纳米氧化锆或氧化钛层作为保护层，烘干，厚度为2-5μm，另一面喷涂多孔纳米硅层作为保护层，烘干，厚度为0.1-1μm，进而得到本发明的正极极片。
8.一种设有权利要求1所述的锂离子电池正极极片的锂电池，其特征是，该锂电池的正极极片为权利权利要求1中的正极极片。
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