CN110943229A - 一种锂离子电池用复合正极片、制备方法及其锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种锂离子电池用复合正极片、制备方法及其锂离子电池，属于锂电池技术领域。本发明包括集流体以及涂覆于集流体上的涂覆层，所述的涂覆层包括质量分数为10~50%的活性物质A和44%‑88%的活性物质B，活性物质A的化学式为LiMn1‑x‑yFexMyPO4/C；0.1≤x≤0.5，0.002≤y≤0.02，其中，主体材料的化学式为LiMn1‑x‑yFexMyPO4；0.1≤x≤0.5，0.002≤y≤0.02，同时含有的碳的质量分数为0.5~3%；本发明的正极片的锂离子电池循环性能、倍率性能和安全性都比较理想。

Description

一种锂离子电池用复合正极片、制备方法及其锂离子电池
技术领域
本发明属于锂电池技术领域，特别涉及一种锂离子电池用复合正极片、制备方法及其锂离子电池。
背景技术
在各类二次电池中，锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、对环境友好等优点，已被广泛应用于各种便携式电子产品、电动工具、电动车辆等领域。
锂离子电池可以选用的正极材料有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂等几种，其中三元材料能量密度高、倍率性能好，但是安全性较差，循环也不够理想。
磷酸铁锂材料具有原料来源丰富、循环性能好、安全性高等优点，也已经被大量使用。但是磷酸铁锂的放电电压平台比较低，这限制了其能量密度，且由于放电电压平台差别明显而难以与锰酸锂或镍钴锰酸锂混合搭配使用。
与磷酸铁锂(LiFePO4)相比，磷酸锰铁锂(LiMn1-xFexPO4)具有4.0V左右的高电位和几乎相同的理论容量，在同等容量发挥的条件下，磷酸锰铁锂电池的能量密度将比磷酸铁锂电池提高近20％，且循环性能和安全性与磷酸铁锂相近，因此有着突出的优点。但是磷酸锰铁锂单独作为正极材料使用时加工性能不好，材料的导电性较差、倍率性能不好。
发明内容
本发明的第一个目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种锂离子电池用复合正极片；本发明的第二个目的是提供上述锂离子电池用复合正极片的制备方法；本发明的第三个目的是提供一种包含有上述复合正极片的锂离子电池。
本发明的第一个目的可通过下列技术方案来实现：一种锂离子电池用复合正极片，其特征在于，包括集流体以及涂覆于集流体上的涂覆层，所述的涂覆层包括质量分数为10～50％的活性物质A和44％-88％的活性物质B，
活性物质A的化学式为LiMn1-x-yFexMyPO4/C；0.1≤x≤0.5，0.002≤y≤0.02，其中，主体材料的化学式为LiMn1-x-yFexMyPO4；0.1≤x≤0.5，0.002≤y≤0.02，同时含有的碳的质量分数为0.5～3％；
活性物质B的化学式为LiNi1-a-b-cCoaMnbAlcO2；0.05≤a≤0.2，0.05≤b≤0.4，0.01≤c≤0.05。
优选地，LiMn1-x-yFexMyPO4/C中的M为Mg、Ni、Co、Zn中的一种或任意组合。
优选地，涂覆层中还含有质量分数1-3％的导电剂，导电剂为CNT、碳纤维、炭黑、石墨中的一种或两种以上。
优选地，涂覆层中还含有质量分数1-3％的粘结剂，粘合剂为聚偏氟乙烯。
本发明的第二个目的可通过下列技术方案来实现：一种上述锂离子电池用复合正极片的制备方法其特征在于，包括如下步骤:
S01:将LiNi1-a-b-cCoaMnbAlcO2、LiMn1-x-yFexMyPO4/C、导电剂、粘结剂按比例称量，混合，加入溶剂搅拌，得到浆料；
S02:将步骤S01得到的浆料涂覆于铝箔上，并烘干，辊压；
M为Mg、Ni、Co、Zn中的一种或任意组合，0.1≤x≤0.5，0.002≤y≤0.02；0.05≤a≤0.2，0.05≤b≤0.4，0.01≤c≤0.05。
本发明的第三个目的可通过下列技术方案来实现：一种锂离子电池,其特征在于，含有上述的复合正极片。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明的正极片是将镍钴锰酸锂和磷酸锰铁锂混合搭配使用，较细小的磷酸锰铁锂材料颗粒夹杂填充在镍钴锰酸锂颗粒之间，镍钴锰酸锂良好的导电性克服了磷酸锰铁锂导电性较差、倍率和低温性能不好的缺点，同时磷酸锰铁锂在很大程度上隔离了镍钴锰酸锂与电解液之间的副反应。
2、使用该正极片的电池，循环性能明显优于只采用镍钴锰酸锂正极材料的电池，而低温性能明显优于只采用磷酸锰铁锂材料的电池。
3、本发明的涂覆层中的磷酸锰铁锂正极材料，其主要成分(即主体材料)为LiMn1-x-yFexMyPO4(0.1≤x≤0.5，0.002≤y≤0.02)，同时还包含有质量分数为0.5-3％的碳(0.5-3％的碳是指碳在总的磷酸锰铁锂正极材料中的占比)，0.5-3％的碳能够明显改善材料的导电性，实现较大倍率的充电和放电，且材料中掺入元素M，M为Mg、Ni、Co、Zn中的一种或任意组合，能够改善磷酸锰铁锂材料的晶体结构，提升材料导电性。
附图说明
图1是本发明实施例1容量保持率对比图；
图2是本发明实施例2容量保持率对比图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
将按质量比80:16:1:0.5:2.5称取对应量的LiNi0.5Co0.2Mn0.29Al0.01O2、LiMn0.55Fe0.44Mg0.01PO4/C、导电炭黑、CNT、聚偏氟乙烯，并加入适量NMP搅拌均匀得到粘度合适的浆料，将此浆料涂覆在铝箔并充分烘干，辊压到合适的厚度并裁切成长宽尺寸适合的正极片。用此正极片组装成锂离子电池并测试电性能。同时还制作正极活性物质只用LiNi0.5Co0.2Mn0.29Al0.01O2材料的电池，作为对比样。
如图1所示，电池测试1C充放电循环，300次的容量保持率为95.7％，而对比样循环300次的容量保持率仅为92.5％。
实施例2
将按质量比80:15:1:1:3称取对应量的LiNi0.65Co0.15Mn0.18Al0.02O2、LiMn0.75Fe0.24Ni0.003Zn0.007PO4/C、导电石墨、碳纤维、聚偏氟乙烯，并加入适量NMP搅拌均匀得到粘度合适的浆料，将此浆料涂覆在铝箔并充分烘干，辊压到合适的厚度并裁切成长宽尺寸适合的正极片。用此正极片组装成锂离子电池并测试电性能。同时还制作正极活性物质只用LiNi0.65Co0.15Mn0.18Al0.02O2材料的电池，作为对比样。
如图2所示，电池测试1C充放电循环，300次的容量保持率为91.0％，而对比样循环300次的容量保持率仅为85.4％。
由图1和图2可得，复合正极片的性能明显优于单独的镍钴锰酸锂材料和单独的磷酸锰铁锂材料。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1.一种锂离子电池用复合正极片，其特征在于，包括集流体以及涂覆于集流体上的涂覆层，所述的涂覆层包括质量分数为10～50％的活性物质A和44％-88％的活性物质B，
活性物质A的化学式为LiMn1-x-yFexMyPO4/C；0.1≤x≤0.5，0.002≤y≤0.02，其中，主体材料的化学式为LiMn1-x-yFexMyPO4；0.1≤x≤0.5，0.002≤y≤0.02，同时含有的碳的质量分数为0.5～3％；
活性物质B的化学式为LiNi1-a-b-cCoaMnbAlcO2；0.05≤a≤0.2，0.05≤b≤0.4，0.01≤c≤0.05。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用复合正极片，其特征在于，LiMn1-x- yFexMyPO4/C中的M为Mg、Ni、Co、Zn中的一种或任意组合。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用复合正极片，其特征在于，涂覆层中还含有质量分数1-3％的导电剂，导电剂为CNT、碳纤维、炭黑、石墨中的一种或两种以上。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用复合正极片，其特征在于，涂覆层中还含有质量分数1-3％的粘结剂，粘合剂为聚偏氟乙烯。
5.一种制备如权利要求1-4任意一项所述的一种锂离子电池用复合正极片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:
S01:将LiNi1-a-b-cCoaMnbAlcO2、LiMn1-x-yFexMyPO4/C、导电剂、粘结剂按比例称量，混合，加入溶剂搅拌，得到浆料；
S02:将步骤S01得到的浆料涂覆于铝箔上，并烘干，辊压；
M为Mg、Ni、Co、Zn中的一种或任意组合，0.1≤x≤0.5，0.002≤y≤0.02；0.05≤a≤0.2，0.05≤b≤0.4，0.01≤c≤0.05。
6.一种锂离子电池，其特征在于，含有如权利要求1-4任意一项所述的一种锂离子电池用复合正极片。
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