CN111180740A - 锂离子电池高镍正极极片及其制备方法、锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了锂离子电池高镍正极极片及其制备方法、锂离子电池。本发明公开的高镍正极极片，通过采用两种粒径的包覆改性高镍正极材料作为正极活性材料，所述两种粒径的包覆改性高镍正极材料的平均粒径的差值为5‑17μm；且所述导电剂为长径比大的长程导电材料。各组分协同作用，能够有效地改善高镍正极极片的压实密度低及循环寿命差问题，在保证高镍正极极片的高压实密度的前提下，同时提升了循环性能和倍率性能，提升锂离子电池的综合性能。

Description

锂离子电池高镍正极极片及其制备方法、锂离子电池
技术领域
本发明涉及了锂离子电池技术领域，特别是涉及了锂离子电池高镍正极极片及其制备方法、锂离子电池。
背景技术
国家工信部等四部委于2017年3月联合发布了《促进汽车动力电池产业发展行动方案》，要求到2020年，锂离子动力电池单体能量密度达到300Wh/kg；以现有的材料体系已经无法满足未来发展的需求，所以必须要发展高能量密度的正负极材料，同时将电极片的压实密度提升。
高镍正极材料主要指Ni含量≥0.80的LiNixCoyMnzO2或LiNixCoyAlzO2的NCM或NCA三元正极材料，相对常规的NCM333、523、622材料其具有更高的克容量(195~215mAh/g)，用与之相匹配的高容量硅基负极制作的电池能量密度理论上可以达到300Wh/kg以上。
但是，在实际应用中，高镍正极极片压实密度普遍偏低，通常在3.4-3.5g/cm3之间，限制了能量密度的进一步提高、加工性能差。而且高镍正极极片上高镍正极材料与电解液直接接触，它们之间易发生副反应会引起高镍正极材料化学性质的恶化，导致其循环容量衰减快，影响电池正极材料的循环稳定性，极大地限制了高镍材料的推广应用。
针对以上提到的问题，近年来广大科研工作者和电池从业人员基本上都是围绕高镍正极原材料自身去做改善优化的，很少有从高镍材料正极极片的制作上去论述如何提升高镍正极的压实密度低和循环寿命差问题的解决办法。
因此，目前迫切需要开发一种技术，其可以有效改善高镍正极极片压实密度低问题，同时保证应用该高镍正极极片的锂离子电池的长期循环寿命优异，综合性能好。
发明内容
为了弥补已有技术的缺陷，本发明提供锂离子电池高镍正极极片及其制备方法、锂离子电池。
本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：
本发明的第一方面，提供了锂离子电池高镍正极极片，包括正极集流体以及涂覆在所述正极集流体表面的正极材料层，所述正极材料层包括正极活性材料和导电剂；其中，所述正极活性材料由两种粒径的包覆改性高镍正极材料构成；所述两种粒径的包覆改性高镍正极材料的平均粒径的差值为5-17μm；所述导电剂为长径比大的长程导电材料。
进一步地，所述包覆改性高镍正极材料包括高镍正极材料和形成在所述高镍正极材料颗粒表面的包覆层。
进一步地，所述两种粒径的包覆改性高镍正极材料由平均粒径D50为13-20μm的包覆改性高镍正极材料A和平均粒径D50为3-8μm的包覆改性高镍正极材料B构成。
进一步地，所述包覆改性高镍正极材料A和包覆改性高镍正极材料B的质量比为（7-8）：（2-3）。
进一步地，所述导电剂为碳纳米纤维、碳纳米管中的至少一种。
进一步地，所述包覆层的材料为B2O3、Co3O4、ZrO2、AlF3、MgO中的至少一种；所述包覆层的厚度为2nm-15nm；所述包覆改性高镍正极材料中包覆层的质量百分比为200ppm-1500ppm。
进一步地，所述高镍正极材料为LiNixCoyM1-x-yO2，其中，M选自Mn和Al中的至少一种元素，0.8≤x＜1， 0＜y≤0.1。
进一步地，所述正极材料层还包括粘结剂；所述正极活性材料、导电剂和粘结剂的质量比为100：（0.5-2）：（1-2）。
根据本发明的另一方面，提供了锂离子电池高镍正极极片的制备方法，包括如下步骤：
S1.将正极活性材料和导电剂干混均匀后，加入粘结剂胶液，搅拌分散均匀，得到高镍正极浆料；
S2. 将高镍正极浆料涂覆在正极集流体上，并进行烘干、辊压、分切。
根据本发明的另一方面，提供了锂离子电池，包括上述锂离子电池高镍正极极片。
本发明具有如下有益效果：
本发明中，采用两种粒径的包覆改性高镍正极材料，较小平均粒径的包覆改性高镍正极材料的加入，可有效的缩减高镍正极材料混合体整体的体积，从而有效的提升正极极片的压实密度。
本发明中采用包覆改性高镍正极材料，在高镍正极材料的表面有包覆层，有效的改善了高镍正极极片与电解液的界面兼容性问题，减少了高镍正极与电解液的副反应，提升循环寿命。
本发明中，采用长径比大的长程导电材料作为导电剂，其可有效保证高镍正极极片在高压实密度下的高导电性，改善高镍正极高压实密度下的倍率性能；并且，导电剂的长程高导电性还可保证高镍正极极片循环后期局部球形高镍材料二次颗粒破碎后整体导电网络的完整，改善高镍正极的循环后期的长循环稳定性。
本发明公开的高镍正极极片，通过采用两种粒径的包覆改性高镍正极材料作为正极活性材料，所述两种粒径的包覆改性高镍正极材料的平均粒径的差值为5-17μm；且所述导电剂为长径比大的长程导电材料。各组分协同作用，能够有效地改善高镍正极极片的压实密度低及循环寿命差问题，在保证高镍正极极片的高压实密度的前提下，同时提升了循环性能和倍率性能，提升锂离子电池的综合性能。
附图说明
图1为实施例1、2与对比例1、3的高镍正极极片最大压实密度对比图；
图2为实施例1与对比例2的锂离子电池的不同倍率放电性能对比图；
图3为实施例1与对比例1、2、3的锂离子电池的常温循环性能对比图；
图4为实施例1与对比例2的锂离子电池的高温循环性能对比图。
具体实施方式
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
如无特殊说明，本说明书中的术语的含义与本领域技术人员一般理解的含义相同，但如有冲突，则以本说明书中的定义为准。
本文中“包括”、“包含”、“含”、“含有”、“具有”或其它变体意在涵盖非封闭式包括，这些术语之间不作区分。术语“包含”是指可加入不影响最终结果的其它步骤和成分。术语“包含”还包括术语“由…组成”和“基本上由…组成”。本发明的组合物和方法/工艺包含、由其组成和基本上由本文描述的必要元素和限制项以及本文描述的任一的附加的或任选的成分、组分、步骤或限制项组成。
在说明书和权利要求书中使用的涉及组分量、工艺条件等的所有数值或表述在所有情形中均应理解被“约”修饰。涉及相同组分或性质的所有范围均包括端点，该端点可独立地组合。由于这些范围是连续的，因此它们包括在最小值与最大值之间的每一数值。还应理解的是，本申请引用的任何数值范围预期包括该范围内的所有子范围。
第一方面，本发明提供了锂离子电池高镍正极极片，包括正极集流体以及涂覆在所述正极集流体表面的正极材料层，所述正极材料层包括正极活性材料和导电剂；其中，所述正极活性材料由两种粒径的包覆改性高镍正极材料构成；所述两种粒径的包覆改性高镍正极材料的平均粒径的差值为5-17μm；所述导电剂为长径比大的长程导电材料。
正如背景技术所描述的，现有技术中存在现有高镍正极极片压实密度偏低，同时高镍正极材料易和电解液发生副反应导致其容量衰减快，使得应用该高镍正极的锂子电池能量密度低及其循环寿命差，极大地限制了高镍材料的推广应用的问题。为了解决上述技术问题，本发明提供了锂离子电池高镍正极极片，包括正极集流体以及涂覆在所述正极集流体表面的正极材料层，所述正极材料层包括正极活性材料，所述正极活性材料由两种粒径的包覆改性高镍正极材料构成；所述两种粒径的包覆改性高镍正极材料的平均粒径的差值为5-17μm。本发明中，采用两种粒径的包覆改性高镍正极材料，较小平均粒径的包覆改性高镍正极材料的加入，可有效的缩减高镍正极材料混合体整体的体积，从而有效的提升正极极片的压实密度。本发明中采用包覆改性高镍正极材料，在高镍正极材料的表面有包覆层，有效的改善了高镍正极极片与电解液的界面兼容性问题，减少了高镍正极与电解液的副反应，提升循环寿命。
但是，本申请的发明人在实现本申请实施例的过程中，发现单纯提高高镍正极极片的压实密度存在如下技术问题：会带来电解液吸液浸液困难、正极极片导电不佳等，影响高镍正极的克容量发挥、倍率性能、循环性能等，同时因为包覆层的惰性，降低了材料的克容量和导电率，并不能达到倍率性能和循环性能的同时提升。但这一缺陷并不为人所注意，基于此发明人采用长径比大的长程导电材料作为导电剂而克服该缺陷。本发明中，采用长径比大的长程导电材料作为导电剂，其可有效保证高镍正极极片在高压实密度下的高导电性，改善高镍正极高压实密度下的倍率性能；并且，导电剂的长程高导电性还可保证高镍正极极片循环后期局部球形高镍材料二次颗粒破碎后整体导电网络的完整，改善高镍正极的循环后期的长循环稳定性。
本发明公开的高镍正极极片，通过采用两种粒径的包覆改性高镍正极材料作为正极活性材料，所述两种粒径的包覆改性高镍正极材料的平均粒径的差值为5-17μm；且所述导电剂为长径比大的长程导电材料。各组分协同作用，能够有效地改善高镍正极极片的压实密度低及循环寿命差问题，在保证高镍正极极片的高压实密度的前提下，同时提升了循环性能和倍率性能，提升锂离子电池的综合性能。
本发明中，对正极集流体的种类不作特别限定，采用本领域技术人员所熟知的正极集流体即可。作为优选，所述正极集流体为铝箔或者表面具有导电炭涂层的铝箔，但不局限于此，也可以是其他未列举在本实施例中的但被本领域技术人员所熟知的其他材料。
本发明中，所述包覆改性高镍正极材料包括高镍正极材料和形成在所述高镍正极材料颗粒表面的包覆层。
本发明中，所述包覆层的材料为B2O3、Co3O4、ZrO2、AlF3、MgO中的至少一种。
所述包覆层的厚度为2nm-15nm，如2nm、5nm、8nm、10nm、12nm或 15nm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
所述包覆改性高镍正极材料中包覆层的质量百分比为200ppm-1500ppm，如200ppm、500ppm、800ppm、1000ppm、1200ppm、1400ppm或 1500ppm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
发明人经过研究发现，控制包覆层的厚度和质量百分比，对高镍正极极片的压实密度有重要影响，若包覆层的厚度和质量百分比超出所述范围时，会造成高镍正极极片的压实密度下降。
本发明对所述高镍正极材料没有特别限制，以本领域技术人员熟知的高镍正极材料即可，可以采用熟知的方法制备或是市售购买即可。作为优选，所述高镍正极材料为LiNixCoyM1-x-yO2，其中，M选自Mn和Al中的至少一种元素，0.8≤x＜1， 0＜y≤0.1。
本发明中对包覆改性的具体方法不作特别限定，以本领域技术人员熟知的包覆改性的方法即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、质量要求进行选择和调整。作为举例，可以采用高温固相法、液相法等。
所述两种粒径的包覆改性高镍正极材料由平均粒径D50为13-20μm的包覆改性高镍正极材料A和平均粒径D50为3-8μm的包覆改性高镍正极材料B构成。
本发明中，所述包覆改性高镍正极材料A和包覆改性高镍正极材料B的质量比为（7-8）：（2-3）。
本发明中，所述导电剂优选为碳纳米纤维、碳纳米管中的至少一种，但不局限于此。
可以理解，所述正极材料层还包括粘结剂；所述正极活性材料、导电剂和粘结剂的质量比为100：（0.5-2）：（1-2），例如可以为100:1:1.5，100:0.5:1或100:2:1，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，对粘结剂的种类不作特别限定，采用本领域技术人员所熟知的粘结剂即可。作为优选，所述粘结剂为聚偏氟乙烯PVDF，更优选地，所述粘结剂为共聚物类别的耐残碱PVDF粘结剂。
第二方面，本发明提供了锂离子电池高镍正极极片的制备方法，包括如下步骤：
S1.将正极活性材料和导电剂干混均匀后，加入粘结剂胶液，搅拌分散均匀，得到高镍正极浆料；
S2. 将高镍正极浆料涂覆在正极集流体上，并进行烘干、辊压、分切。
其中，所述粘结剂胶液的制备方法为：将所述粘结剂与溶剂搅拌混合，制成粘结剂胶液。本发明对所述溶剂的种类不作特别限定，可以采用本领域技术人员所熟知的溶解粘结剂的溶剂即可，作为优选，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
本发明实施例的方法制备流程简单，成本低廉，适用于工业化生产。
第三方面，本发明提供了锂离子电池，包括上述锂离子电池高镍正极极片。
更具体地，所述锂离子电池由上述锂离子电池高镍正极极片、负极极片、隔膜、有机电解液和电池外壳组成。所述负极极片包括负极集流体以及涂覆于所述负极集流体上的负极活性材料，所述负极活性材料为人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳、硅碳/石墨复合材料、硅氧/石墨复合材料中的一种或几种的混合物。所述负极集流体优选厚度为8-12μm的铜箔；所述隔膜为PE膜、PP膜、PP/PE/PE膜；所述有机电解液包含有聚酯类溶剂和锂盐溶质，或者其他非水电解液。优选所述聚酯类溶剂为碳酸二甲酯（DMC），所述锂盐溶质为六氟磷酸锂（LiPF6）。所述电池外壳为钢壳、铝壳或铝塑膜壳，优选为21700钢壳。采用上述循环寿命长、压实密度高的高镍正极极片所制备的锂离子电池能够有效的改善高镍正极压实密度低和循环差问题，保证锂离子电池能量密度高，循环寿命长，满足动力电池长续航里程的应用需求。
下面结合实施例对本发明进行详细的说明，实施例仅是本发明的优选实施方式，不是对本发明的限定。
实施例1
锂离子电池高镍正极极片，包括正极集流体以及涂覆在所述正极集流体表面的正极材料层，所述正极材料层由正极活性材料、导电剂、粘结剂和溶剂组成，所述正极活性材料、导电剂和粘结剂的质量比为100:1.5:1.6。
所述正极集流体为铝箔。
所述正极活性材料由两种粒径的包覆改性高镍正极材料构成；所述两种粒径的包覆改性高镍正极材料由平均粒径D50为16μm的包覆改性高镍正极材料A和平均粒径D50为4μm的包覆改性高镍正极材料B构成；所述包覆改性高镍正极材料A和包覆改性高镍正极材料B的质量比为7:3。
所述包覆改性高镍正极材料包括高镍正极材料和形成在所述高镍正极材料颗粒表面的包覆层；所述高镍正极材料为LiNi0.85Co0.075Mn0.075O2；所述包覆层的材料为B2O3；所述包覆改性高镍正极材料A中包覆层的厚度为6nm；所述包覆改性高镍正极材料中包覆层的质量百分比为600ppm；所述包覆改性高镍正极材料B中包覆层的厚度为10nm；所述包覆改性高镍正极材料中包覆层的质量百分比为1000ppm。
所述导电剂为长径比大的长程导电材料，所述导电剂为碳纳米纤维。
上述锂离子电池高镍正极极片的制备方法，步骤如下：
S1.将所述粘结剂与溶剂搅拌混合，搅拌分散均匀，制成粘结剂胶液；其中，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮，所述粘结剂为聚偏氟乙烯PVDF，所述粘结剂胶液中聚偏氟乙烯PVDF的固含量为5%；
S2.将正极活性材料和导电剂干混均匀后，加入粘结剂胶液，搅拌分散均匀，经过滤、除磁后得到高镍正极浆料；
S3. 将高镍正极浆料涂覆在正极集流体上，并进行烘干、辊压、分切，其中，涂覆双面面密度为50mg/cm2，烘干温度为110℃，辊压的压实密度为3.7g/cm3。
锂离子电池，其制备方法如下：
（1）将上述的高镍正极极片进行分切及极耳焊接，分切为63mm宽度的条形极片；
（2）将硅氧/石墨复合负极材料SiO500、碳纳米管导电剂物料干混均匀后，加入到分散剂CMC的水溶液中搅拌分散均匀，再加入粘结剂SBR，搅拌分散均匀，过滤、除磁后得到负极浆料；将所得负极浆料涂布在负极集流体8μm铜箔表面，再经干燥除水、辊压、分切和焊接极耳后，获得负极极片；其中，涂布双面面密度为20.2mg/cm2，涂布烘烤干燥温度80℃，极片辊压压实密度1.65g/cm3，极片分切宽度为64.5mm；
（3）用聚乙烯隔膜PE膜将上述第（1）步的正极极片和第（2）步的负极极片隔开，用圆形卷针进行卷绕，最后卷绕好极组放入21700钢壳中，装配（负极耳焊底、滚槽、焊盖帽），在干燥箱中注入电解液，然后进行封口，制得21700锂离子电池。
（4）最后将电池进行常规方式化成、老化、分容，即获得锂离子电池。
实施例2
锂离子电池高镍正极极片，包括正极集流体以及涂覆在所述正极集流体表面的正极材料层，所述正极材料层由正极活性材料、导电剂、粘结剂和溶剂组成，所述正极活性材料、导电剂和粘结剂的质量比为100:1.5:1.6。
所述正极集流体为铝箔。
所述正极活性材料由两种粒径的包覆改性高镍正极材料构成；所述两种粒径的包覆改性高镍正极材料由平均粒径D50为16μm的包覆改性高镍正极材料A和平均粒径D50为4μm的包覆改性高镍正极材料B构成；所述包覆改性高镍正极材料A和包覆改性高镍正极材料B的质量比为7.5:2.5。
所述包覆改性高镍正极材料包括高镍正极材料和形成在所述高镍正极材料颗粒表面的包覆层；所述高镍正极材料为LiNi0.85Co0.075Mn0.075O2；所述包覆层的材料为B2O3；所述包覆改性高镍正极材料A中包覆层的厚度为6nm；所述包覆改性高镍正极材料中包覆层的质量百分比为600ppm；所述包覆改性高镍正极材料B中包覆层的厚度为10nm；所述包覆改性高镍正极材料中包覆层的质量百分比为1000ppm。
所述导电剂为长径比大的长程导电材料，所述导电剂为碳纳米纤维。
上述锂离子电池高镍正极极片的制备方法，步骤如下：
S1.将所述粘结剂与溶剂搅拌混合，搅拌分散均匀，制成粘结剂胶液；其中，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮，所述粘结剂为聚偏氟乙烯PVDF，所述粘结剂胶液中聚偏氟乙烯PVDF的固含量为5%；
S2.将正极活性材料和导电剂干混均匀后，加入粘结剂胶液，搅拌分散均匀，经过滤、除磁后得到高镍正极浆料；
S3. 将高镍正极浆料涂覆在正极集流体上，并进行烘干、辊压、分切，其中，涂覆双面面密度为50mg/cm2，烘干温度为110℃，辊压的压实密度为3.66g/cm3。
锂离子电池，其制备方法如下：
（1）将上述的高镍正极极片进行分切及极耳焊接，分切为63mm宽度的条形极片；
（2）将硅氧/石墨复合负极材料SiO500、碳纳米管导电剂物料干混均匀后，加入到分散剂CMC的水溶液中搅拌分散均匀，再加入粘结剂SBR，搅拌分散均匀，过滤、除磁后得到负极浆料；将所得负极浆料涂布在负极集流体8μm铜箔表面，再经干燥除水、辊压、分切和焊接极耳后，获得负极极片；其中，涂布双面面密度为20.2mg/cm2，涂布烘烤干燥温度80℃，极片辊压压实密度1.65g/cm3，极片分切宽度为64.5mm；
（3）用聚乙烯隔膜PE膜将上述第（1）步的正极极片和第（2）步的负极极片隔开，用圆形卷针进行卷绕，最后卷绕好极组放入21700钢壳中，装配（负极耳焊底、滚槽、焊盖帽），在干燥箱中注入电解液，然后进行封口，制得21700锂离子电池。
（4）最后将电池进行常规方式化成、老化、分容，即获得锂离子电池。
对比例1
与实施例1相比，对比例1的不同之处仅在于：所述正极活性材料仅由平均粒径D50为16μm的包覆改性高镍正极材料A构成； 所述导电剂为普通的点状短程导电材料SP导电剂。
对比例2
与实施例1相比，对比例2的不同之处在于：所述正极活性材料由两种粒径的未包覆改性高镍正极材料构成；所述两种粒径的未包覆改性高镍正极材料由平均粒径D50为16μm的未包覆改性高镍正极材料A和平均粒径D50为4μm的未包覆改性高镍正极材料B构成；所述未包覆改性高镍正极材料A和未包覆改性高镍正极材料B的质量比为7:3；所述未包覆改性高镍正极材料为LiNi0.85Co0.075Mn0.075O2；所述导电剂为普通的点状短程导电材料SP导电剂。
对比例3
与实施例1相比，对比例3的不同之处在于：所述包覆改性高镍正极材料A中包覆层的厚度为20nm；所述包覆改性高镍正极材料中包覆层的质量百分比为2000ppm；所述包覆改性高镍正极材料B中包覆层的厚度为40nm；所述包覆改性高镍正极材料中包覆层的质量百分比为4000ppm。
测试例
（1）高镍正极极片最大压实密度对比
将实施例1-2与对比例1、3涂布后的高镍正极极片，裁成20cm长×4cm宽大小极片，辊压至不同压实密度后进行对折，观察对折后对折位置铝箔的透光情况，若该压实密度下铝箔不透光说明该正极片可以压至该压实密度。测试结果如图1所示。
由图1可以看出，本发明的高镍正极极片（实施例1-2）的最大压实密度较常规高镍正极片（对比例1）有较大提升，最大压实密度达到3.7g/cm3以上。这主要得益于采用两种粒径的包覆改性高镍正极材料作为正极活性材料，即大小颗粒高镍正极材料的使用有效地提升极片的填充紧密度，极片压实密度得以提升。同时，由图1还可以看出，本发明的高镍正极片（实施例1）与对比例3相比，对比例3高镍正极极片的高镍材料的表面包覆层厚度和质量分数均较实施例1的大，极片的最大压实密度下降了，这主要是因为过大的包覆层厚度和质量分数会降低高镍材料的密度造成高镍正极片的压实密度下降。
（2）电池不同倍率放电测试
将电池0.5C恒流充电至4.2V，4.2V恒压充电至截止电流0.01C，再分别在0.2C、1C、2C、3C电流下恒流放电至2.5V，并计算1C、2C、3C电流下放电容量相对0.2C电流放电容量的相对容量保持率。图2为实施例1与对比例2的锂离子电池不同倍率放电性能对比图。
由图2，可以看出本发明实施例1的锂离子电池较对比例2的锂离子电池显示出了更好的倍率放电性能，3C倍率放电相对0.2C放电容量保持率仍有97%以上。这主要是得益于：实施例1高镍正极极片采用的导电剂为长程高导电性导电剂，导电剂的长程高导电性可保证高压实的高镍正极片构建的导电网络更完整，更利于电池的大倍率放电。
（3）常温循环测试
25℃环境下，对电池进行常温循环测试：0.5C恒流充电至4.2V，4.2V恒压充电至截止电流0.01C，再恒流1C放电至2.5V，循环测试至容量保持率低于80%，测试完成。图3为实施例1与对比例1、2、3的极锂离子电池的常温循环测试结果。
由图3，可以看出本发明实施例1的锂离子电池显示出了较好的常温循环性能，循环950周后电池容量保持率仍有80%，较对比例1、对比例2、对比例3的循环性能都好。具体来说：（1）实施例1、对比例1的高镍正极较对比例2循环性能好，主要得益于：实施例1、对比例1的高镍正极为表面包覆B2O3改性的高镍正极材料，其有效的改善了高镍正极片与电解液的界面兼容性问题，减少了高镍正极与电解液的副反应，提升了高镍正极的循环寿命。（2）同时，实施例1较对比例1后期(即循环500周后)的循环性能更好，这主要是因为：实施例1高镍正极极片采用的导电剂为长程高导电性导电剂，导电剂的长程高导电性可保证，高镍正极极片循环后期局部球形高镍正极材料二次颗粒破碎后整体导电网络的完整，改善高镍正极的循环后期的长循环稳定性。（3）另外，对比例3的循环性能也较差，这主要是因为，对比例3高镍正极材料的表面包覆层的厚度和质量分数过大，相同高压实密度(3.7g/cm3)下其包覆层结构会被破坏，包覆层破坏后的高镍正极材料与电解液的界面兼容性便变差了，循环性能也就变差了。
（4）高温循环测试
将电池置于45℃高温环境下，对电池进行循环测试：0.5C恒流充电至4.2V，4.2V恒压充电至截止电流0.01C，再恒流1C放电至2.5V，循环测试至容量保持率低于70%，测试完成。图4为实施例1与对比例2的锂离子电池高温循环测试结果。
由图4，可以看出本发明实施1的锂离子电池的高温循环性能较好-趋势较稳定，未出现因含有较小平均粒径的高镍正极材料而出现高温循环产气多圆柱电芯CID翻转的问题。这主要得益于：实施例1的高镍正极为表面包覆B2O3改性的高镍正极材料，其有效的改善了高镍正极片与电解液的界面兼容性问题，极大地减少了高温下高镍正极与电解液的界面副反应，提升了高温循环寿命。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.锂离子电池高镍正极极片，包括正极集流体以及涂覆在所述正极集流体表面的正极材料层，所述正极材料层包括正极活性材料和导电剂；其特征在于，所述正极活性材料由两种粒径的包覆改性高镍正极材料构成；所述两种粒径的包覆改性高镍正极材料的平均粒径的差值为5-17μm；所述导电剂为长径比大的长程导电材料。
2.如权利要求1所述的锂离子电池高镍正极极片，其特征在于，所述包覆改性高镍正极材料包括高镍正极材料和形成在所述高镍正极材料颗粒表面的包覆层。
3.如权利要求1所述的锂离子电池高镍正极极片，其特征在于，所述两种粒径的包覆改性高镍正极材料由平均粒径D50为13-20μm的包覆改性高镍正极材料A和平均粒径D50为3-8μm的包覆改性高镍正极材料B构成。
4.如权利要求3所述的锂离子电池高镍正极极片，其特征在于，所述包覆改性高镍正极材料A和包覆改性高镍正极材料B的质量比为（7-8）：（2-3）。
5.如权利要求1所述的锂离子电池高镍正极极片，其特征在于，所述导电剂为碳纳米纤维、碳纳米管中的至少一种。
6.如权利要求2所述的锂离子电池高镍正极极片，其特征在于，所述包覆层的材料为B2O3、Co3O4、ZrO2、AlF3、MgO中的至少一种；所述包覆层的厚度为2nm-15nm；所述包覆改性高镍正极材料中包覆层的质量百分比为200ppm-1500ppm。
7.如权利要求2所述的锂离子电池高镍正极极片，其特征在于，所述高镍正极材料为LiNixCoyM1-x-yO2，其中，M选自Mn和Al中的至少一种元素，0.8≤x＜1， 0＜y≤0.1。
8.如权利要求1所述的锂离子电池高镍正极极片，其特征在于，所述正极材料层还包括粘结剂；所述正极活性材料、导电剂和粘结剂的质量比为100：（0.5-2）：（1-2）。
9.如权利要求1所述锂离子电池高镍正极极片的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
S1.将正极活性材料和导电剂干混均匀后，加入粘结剂胶液，搅拌分散均匀，得到高镍正极浆料；
S2. 将高镍正极浆料涂覆在正极集流体上，并进行烘干、辊压、分切。
10.锂离子电池，其特征在于，其包括权利要求1-8任一项所述锂离子电池高镍正极极片。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107785550A (zh) * 2017-10-16 2018-03-09 桑顿新能源科技有限公司 一种高容量高压实密度高镍正极材料的制备方法
CN107819154A (zh) * 2016-09-13 2018-03-20 深圳市比克动力电池有限公司 高能量密度锂离子动力电池
CN108155358A (zh) * 2017-12-11 2018-06-12 浙江天能能源科技股份有限公司 一种锂离子电池用镍钴锰酸锂正极复合材料的制备方法
CN108520952A (zh) * 2018-04-16 2018-09-11 广东迈纳科技有限公司 一种高镍与无机纳米粉体复合的电极材料及其制备方法
CN109817955A (zh) * 2019-03-29 2019-05-28 郑州中科新兴产业技术研究院 非水电解质二次电池用高镍正极材料及其制备方法
CN110010889A (zh) * 2019-04-17 2019-07-12 宁波容百新能源科技股份有限公司 一种高压实高稳定性高镍正极材料及其制备方法以及一种锂离子电池
US20190280284A1 (en) * 2016-09-14 2019-09-12 Nec Corporation Lithium ion secondary battery

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107819154A (zh) * 2016-09-13 2018-03-20 深圳市比克动力电池有限公司 高能量密度锂离子动力电池
US20190280284A1 (en) * 2016-09-14 2019-09-12 Nec Corporation Lithium ion secondary battery
CN107785550A (zh) * 2017-10-16 2018-03-09 桑顿新能源科技有限公司 一种高容量高压实密度高镍正极材料的制备方法
CN108155358A (zh) * 2017-12-11 2018-06-12 浙江天能能源科技股份有限公司 一种锂离子电池用镍钴锰酸锂正极复合材料的制备方法
CN108520952A (zh) * 2018-04-16 2018-09-11 广东迈纳科技有限公司 一种高镍与无机纳米粉体复合的电极材料及其制备方法
CN109817955A (zh) * 2019-03-29 2019-05-28 郑州中科新兴产业技术研究院 非水电解质二次电池用高镍正极材料及其制备方法
CN110010889A (zh) * 2019-04-17 2019-07-12 宁波容百新能源科技股份有限公司 一种高压实高稳定性高镍正极材料及其制备方法以及一种锂离子电池

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