CN111370647B - 一种正极极片以及锂离子二次电池 - Google Patents

一种正极极片以及锂离子二次电池 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种正极极片，包括在集流体至少一侧表面设置的第一活性物质层和第二活性物质层，以及设置在第一活性物质层与第二活性物质层之间的交联层，交联层包括交联剂，其中所述交联剂为具有化学式AaXbOc表示的弱碱性金属盐，A选自Li、Na、K、Mg、Ca、Mn、Ni中的一种或多种元素，X选自B、S、Si、C、P中的一种或多种元素，O表示氧原子，a、b、c的数值取决于元素A和X的化合价态。正极极片的交联层主要为弱碱类物质，可以与正极粘结剂聚偏氟乙烯支链上的H和F反应，从而起到交联粘结剂的作用，粘结剂在交联后将完全固化，不再产生额外应力，同时也不会二次溶解于第二次涂布的活性物质层，不会产生开裂现象。

Description

一种正极极片以及锂离子二次电池
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池技术领域，具体地涉及一种正极极片以及包括该正极极片的锂离子二次电池。
背景技术
随着动力电池在电动车方面的应用及推广，电芯的能量密度受到越来越多的关注和挑战。在不断改善和提升能量密度的工作中，目前最为有效方案是提高正极涂布重量(提升幅度≥40％)，可以很大程度降低集流体基材及隔膜基材的使用量，将省出来的空间用于能量密度提升。但是，涂布重量增加后，在极片涂布烘烤时，由于应力增加，会出现严重的涂层开裂问题，这很大程度阻碍了正极高涂布重量技术的应用，影响了电芯能量密度的提升幅度。
目前，对于高涂布重量正极在涂布干燥过程中出现的开裂问题，主要的解决方法是降低涂布速度，降低烘箱温度，从而降低极片烘干速度，防止极片中的溶剂过快挥发导致应力过大而导致极片涂层开裂。但是，这种降低涂布速度降低烘箱温度的方法虽然可以解决涂层开裂的问题，却很大程度抑制了工业化生产，极大程度增加了制造成本，很难实现量产。
发明内容
为解决正极高涂布重量时极片涂层开裂问题，以及为了将高涂布重量极片实现工业化生产，以达到提高电芯能量密度和降低物料成本的目的，本发明提供了一种正极极片。
本发明提供的正极极片包括在集流体至少一侧表面设置的第一活性物质层和第二活性物质层，以及在第一活性物质层与第二活性物质层之间设置的交联层，所述交联层包括交联剂，所述交联剂为具有式(I)所示结构的弱碱性金属盐：
AaXbOc (I)
A选自Li、Na、K、Mg、Ca、Mn、Ni中的一种或多种元素，X选自 B、S、Si、C、P中的一种或多种元素，O表示氧原子，a、b、c的数值取决于元素A和X的化合价态。
在本发明的正极极片中，所述交联剂的粉体的pH为7.5-9.5。在本发明的方法中，交联剂粉体pH值的测定方法为：在25℃下，取商购得到或自行制备得到的第二正极活性材料5g，加入到500ml去离子水中，通过磁力搅拌器以30r/min的速度搅拌2h后，放入超声清洗仪中超声2h，均匀分散后的溶液放置1h后，采用pH测试仪测定溶液的pH值。
优选地，所述交联剂选自NaHCO3、Na2CO3、NaHSiO3、Na2SiO3、 KHCO3、K2CO3、KHSiO3、K2SiO3、LiHCO3、Li2CO3、LiHSiO3、Li2SiO3的一种或多种。
在本发明的正极极片中，所述交联剂的颗粒的平均粒径D1为0.01 μm～5μm。交联剂颗粒尺寸太小交联层在发生交联后，由于颗粒团聚导致交联层过于密实，导致第一活性层与第二活性层间的电解液流通恶化。同时由于团聚也会导致涂层不均匀，而颗粒尺寸过大将导致交联层厚度过厚，影响电极厚度及电芯能量密度。
优选地，在本发明的正极极片中，所述交联剂的颗粒的平均粒径D1、所述第一正极活性材料的平均粒径D2以及所述第二正极活性材料的平均粒径D3至少满足以下关系之一：
0.03≤D1/D2≤2 式(1)，
0.03≤D1/D3≤2 式(2)。
所述交联剂颗粒的平均粒径与第一正极活性材料、第二正极活性材料的粒径满足上述关系时，能够保证该活性物质层内不同层之间粒径差异不大，避免层之间的界面因粒径不匹配而发生剥落。
在本发明的正极极片中，所述交联层的厚度为所述正极极片厚度的 1/50～1/10。
在本发明的正极极片中，所述交联层的涂布重量为3g/m2～33g/m2，以改善涂层开裂的问题，提高能量密度以及工艺可行性。
在本发明的正极极片中，所述交联剂在所述交联层中的质量占比为 5wt％～90wt％；优选地，所述交联层还包括导电剂和粘结剂，以交联剂、导电剂和粘结剂的总质量计，所述导电剂和粘结剂的总含量为10wt％～95 wt％。
在本发明的正极极片中，所述第一活性物质层与所述第二活性物质层的总涂布重量大于或等于234g/m2；优选地，所述第一活性物质层的涂布重量与第二活性物质层的总涂布重量之比为1:4～4:1。
在本发明的正极极片中，所述第一正极活性材料以及所述第二正极活性材料独立地选自化学式LiaM1-xM’xO2表示的层状锂-过渡金属氧化物、化学式LiFeyMn1-y-zM”zPO4/C表示的磷酸铁锂材料中的一种或者两种，其中， 0.9≤a≤1.1，0≤x≤0.1，M为Co、Mn、Ni中的至少一种，M’为Al、Mg、B、 Zr、Si、Ti、Cr、Fe、V、Cu、Ca、Zn、Nb、Mo、Sr、Sb、W及Bi中的一种或几种，M”为Cr、Mg、Ti、Al、Zn、W、Nb、Zr中的一种或几种。
所述第一正极活性材料以及所述第二正极活性材料均选自化学式 LiaM1-xM’xO2表示的层状锂-过渡金属氧化物，0.9≤a≤1.1，0≤x≤0.1，M为 Co、Mn、Ni中的至少一种，M’为Al、Mg、B、Zr、Si、Ti、Cr、Fe、V、 Cu、Ca、Zn、Nb、Mo、Sr、Sb、W及Bi中的一种或几种。
在本发明的正极极片中，所述正极活性物质层中的导电剂和所述交联层中的导电剂可独立地选自乙炔黑、导电炭黑、碳纤维(VGCF)、碳纳米管(CNT)、科琴黑中的一种或几种；所述导电剂的重量占各自材料层总重量的1％～10％。
在本发明的正极极片中，所述正极活性物质层中的粘结剂和所述交联层中的粘结剂可独立地选自聚乙烯醇、聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、环氧树脂、醋酸乙烯树脂和氯化橡胶中的一种或几种；所述粘结剂的重量占各自材料层总重量的1％～10％。
本发明还提供了一种正极极片制备方法，该制备方法主要将极片涂布改为多次涂布，在第一次涂布后的极片表面可以采用喷涂、涂布等方式设置一层交联层，该交联层主要为弱碱类物质，可以与正极粘结剂聚偏氟乙烯支链上的H和F反应，从而起到交联粘结剂的作用，粘结剂在交联后将完全固化，不再产生额外应力，同时也不会二次溶解于第二次涂布的活性物质层，不会产生开裂现象。通过该方法制作的正极极片可用于高涂布重量(≥360mg/1540.25mm2)，涂布重量相对于常规重量提升程度≥40％，该方法制作的正极极片不会出现开裂问题，且涂布速度不受影响，简单易行，可以有效应用于工业化生产。另外，采用本发明的正极极片制作的电芯的能量密度得到较大提升。
本发明还提供一种锂离子二次电池，该锂离子二次电池包括壳体、正极极片、负极极片、隔膜和电解液，其中所述正极极片为本发明所述的正极极片。
优选地，在本发明提供的锂离子二次电池中，所述负极的材料选自软碳、硬碳、人造石墨、天然石墨、硅、硅氧化合物、硅碳复合物、钛酸锂；
优选地，在本发明提供的锂离子二次电池中，所述电解液包括有机溶剂和锂盐，所述有机溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的一种或，所述锂盐选自LiPF6、LiBF4、LiBOB、 LiAsF6、Li(CF3SO2)2N、LiCF3SO3、LiClO4中的一种或多种；
优选地，在本发明提供的锂离子二次电池中，所述隔膜的材料聚乙烯、聚丙烯、无纺布、聚纤维中一种或多种。
具体实施方式
下面通过实施例和对比例进一步说明本发明，这些实施例只是用于说明本发明，本发明不限于以下实施例。凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
正极极片的制作及全电池性能评估
交联功能涂层制备
将交联剂Na2SiO3、导电炭黑Super-P、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF) 按重量比80∶10∶10在N-甲基吡咯烷酮和去离子水(去离子水含量控制为0.1％～2％)溶剂体系中充分搅拌，搅拌混合时间60～150min，搅拌线速度控制为4～10m/min，混合均匀后为标记为浆料G。
正极的制备
实施例1：交联功能涂层10mg/1540.25mm2的LFP正极极片(涂布重量为360mg/1540.25mm2)，第一层活性物质层涂布重量为总涂布重量的 20％，第二层活性物质层涂布重量为总涂布重量的80％，具体工艺步骤为：
将磷酸铁锂活性物质LiFePO4与导电炭黑Super-P、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按重量比94∶3∶3在N-甲基吡咯烷酮溶剂体系中充分搅拌，搅拌混合时间60～150min，搅拌线速度控制为4～10m/min，混合均匀后将浆料涂覆于Al箔基材上，涂覆重量控制为72mg/1540.25mm2，再将功能涂层G涂覆在活性物质层表面，涂覆重量控制为10mg/1540.25mm2，然后在交联层表面再涂布活性物质层，控制涂布重量为 288mg/1540.25mm2，通过烘干、冷压、分条、裁切，得到正极极片。
实施例2：交联功能涂层10mg/1540.25mm2的LFP正极极片(涂布重量为360mg/1540.25mm2)，第一层活性物质层涂布重量为总涂布重量的 50％，第二层活性物质层涂布重量为总涂布重量的50％，具体工艺步骤为：
将磷酸铁锂活性物质LiFePO4与导电炭黑Super-P、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按重量比94∶3∶3在N-甲基吡咯烷酮溶剂体系中充分搅拌，搅拌混合时间60～150min，搅拌线速度控制为4～10m/min，混合均匀后将浆料涂覆于Al箔基材上，涂覆重量控制为180mg/1540.25mm2，再将功能涂层G涂覆在活性物质层表面，涂覆重量控制为10mg/1540.25mm2，然后在交联层表面再涂布活性物质层，控制涂布重量为 180mg/1540.25mm2，通过烘干、冷压、分条、裁切，得到正极极片。
实施例3：交联功能涂层10mg/1540.25mm2的LFP正极极片(涂布重量为360mg/1540.25mm2)，第一层活性物质层涂布重量为总涂布重量的 80％，第二层活性物质层涂布重量为总涂布重量的20％，具体工艺步骤为：
将磷酸铁锂活性物质LiFePO4与导电炭黑Super-P、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按重量比94∶3∶3在N-甲基吡咯烷酮溶剂体系中充分搅拌，搅拌混合时间60～150min，搅拌线速度控制为4～10m/min，混合均匀后将浆料涂覆于Al箔基材上，涂覆重量控制为288mg/1540.25mm2，再将功能涂层G涂覆在活性物质层表面，涂覆重量控制为10mg/1540.25mm2，然后在交联层表面再涂布活性物质层，控制涂布重量为72mg/1540.25mm2，通过烘干、冷压、分条、裁切，得到正极极片。
实施例4：交联功能涂层20mg/1540.25mm2的LFP正极极片(涂布重量为360mg/1540.25mm2)，第一层活性物质层涂布重量为总涂布重量的50％，第二层活性物质层涂布重量为总涂布重量的50％，具体工艺步骤为：
将磷酸铁锂活性物质LiFePO4与导电炭黑Super-P、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按重量比94∶3∶3在N-甲基吡咯烷酮溶剂体系中充分搅拌，搅拌混合时间60～150min，搅拌线速度控制为4～10m/min，混合均匀后将浆料涂覆于Al箔基材上，涂覆重量控制为180mg/1540.25mm2，再将功能涂层G涂覆在活性物质层表面，涂覆重量控制为20mg/1540.25mm2，然后在交联层表面再涂布活性物质层，控制涂布重量为 180mg/1540.25mm2，通过烘干、冷压、分条、裁切，得到正极极片。
实施例5：交联功能涂层30mg/1540.25mm2的LFP正极极片(涂布重量为360mg/1540.25mm2)，第一层活性物质层涂布重量为总涂布重量的 50％，第二层活性物质层涂布重量为总涂布重量的50％，具体工艺步骤为：
将磷酸铁锂活性物质LiFePO4与导电炭黑Super-P、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按重量比94∶3∶3在N-甲基吡咯烷酮溶剂体系中充分搅拌，搅拌混合时间60～150min，搅拌线速度控制为4～10m/min，混合均匀后将浆料涂覆于Al箔基材上，涂覆重量控制为180mg/1540.25mm2，再将功能涂层G涂覆在活性物质层表面，涂覆重量控制为30mg/1540.25mm2，然后在交联层表面再涂布活性物质层，控制涂布重量为 180mg/1540.25mm2，通过烘干、冷压、分条、裁切，得到正极极片。
实施例6：交联功能涂层20mg/1540.25mm2的LFP正极极片(涂布重量为400mg/1540.25mm2)，第一层活性物质层涂布重量为总涂布重量的 50％，第二层活性物质层涂布重量为总涂布重量的50％，具体工艺步骤为：
将磷酸铁锂活性物质LiFePO4与导电炭黑Super-P、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按重量比94∶3∶3在N-甲基吡咯烷酮溶剂体系中充分搅拌，搅拌混合时间60～150min，搅拌线速度控制为4～10m/min，混合均匀后将浆料涂覆于Al箔基材上，涂覆重量控制为200mg/1540.25mm2，再将功能涂层G涂覆在活性物质层表面，涂覆重量控制为20mg/1540.25mm2，然后在交联层表面再涂布活性物质层，控制涂布重量为 200mg/1540.25mm2，通过烘干、冷压、分条、裁切，得到正极极片。
对比例1：不含交联功能涂层的LFP正极极片(涂布重量为 250mg/1540.25mm2)，具体工艺步骤为：
将磷酸铁锂活性物质LiFePO4与导电炭黑Super-P、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按重量比94∶3∶3在N-甲基吡咯烷酮溶剂体系中充分搅拌，搅拌混合时间60～150min，搅拌线速度控制为4～10m/min。混合均匀后，将浆料涂覆于Al箔基材上，涂覆重量控制为250mg/1540.25mm2，通过烘干、冷压、分条、裁切，得到正极极片。
对比例2：不含交联功能涂层的LFP正极极片(涂布重量为 360mg/1540.25mm2)，具体工艺步骤为：
将磷酸铁锂活性物质LiFePO4与导电炭黑Super-P、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按重量比94∶3∶3在N-甲基吡咯烷酮溶剂体系中充分搅拌，搅拌混合时间60～150min，搅拌线速度控制为4～10m/min。混合均匀后，将浆料涂覆于Al箔基材上，涂覆重量控制为360mg/1540.25mm2，通过烘干、冷压、分条、裁切，得到正极极片。
对比例3：不含交联功能涂层的LFP正极极片(涂布重量为 400mg/1540.25mm2)，具体工艺步骤为：
将磷酸铁锂活性物质LiFePO4与导电炭黑Super-P、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按重量比94∶3∶3在N-甲基吡咯烷酮溶剂体系中充分搅拌，搅拌混合时间60～150min，搅拌线速度控制为4～10m/min。混合均匀后，将浆料涂覆于Al箔基材上，涂覆重量控制为400mg/1540.25mm2，通过烘干、冷压、分条、裁切，得到正极极片。
极片外观表征
取实施例和对比例中正极极片进行极片外观表征测试，极片宽度取 100mm，长度取1000mm，采用量尺测试极片表面开裂裂纹的最宽宽度和最长裂纹长度，并记录裂纹数量。表1即为实施例1-6和对比例1-3的极片外观表征测试数据。
表1实施例1至6与对比例1至3的极片外观表征结果
Figure BDA0001923277160000081
Figure BDA0001923277160000091
在表1中我们可以看到，相对于对比例，实施例中极片表面开裂现象明显改善，基本不存在裂纹现象，且极片开裂程度与功能涂层重量的关系不明显，在一定功能涂布范围内，均可较好的改善开裂，另外交联功能涂布的位置目前来看对开裂程度有一定的影响，但影响较小，最优位置位于极片总涂布重量的50％处，及第一层和第二层活性物质层均占总涂布重量的50％，如上数据说明交联功能涂层可以很好的改善极片烘干过程的应力集中，防止高涂布重量(≥360mg/1540.25mm2)正极极片的开裂，且工业化生产难度较低，对后续电芯通过提高涂布重量来提升能量密度及降低成本的大批量生产提供了解决方案。
扣式电池容量发挥测试
常温下，取正极极片冲切为直径14mm的小圆片，采用CR2032的扣式电池壳体制作扣式电池，负极采用纯锂片，所制作扣式电池以0.1C(即 10h内完全放掉理论容量的电流值)的电流进行第一次充电和放电，充电为恒流恒压充电，终止电压为3.8V，截至电流为0.02C，放电终止电压为 2.0V，然后电池搁置10min后以0.1C恒流恒压充电至3.8V，然后采用0.1C 的电流对满充电池进行放电，放电终止电压均为2.0V，此过程重复3次，记录3次放电过程的放电容量，以计算扣式电池下的放电容量发挥，放电容量发挥＝不同循环圈数下的放电容量/活物质质量，表2即为实施例1-6 与对比例1-3的测试结果。
表2实施例1至6与对比例1至3的扣式电池容量发挥测试结果
Figure BDA0001923277160000101
Figure BDA0001923277160000111
Figure BDA0001923277160000121
通过表2实施例和对比例的扣式电池容量发挥数据对比可以看出，交联功能层的引入并不会对正极极片的容量发挥带来不利的影响，功能层的重量大小及所处位置对容量发挥无明显影响，交联功能层中交联剂虽为不导电物质，但交联层中含有一定比例满足导电需求的导电剂，可以有效满足交联层上下两层活性物质间的电子导电，不会对容量发挥造成恶化。
电芯的制备
将活性物质人造石墨、导电炭黑Super-P、粘结剂丁苯橡胶(SBR)、增稠剂碳甲基纤维素钠(CMC)按照重量比96∶1∶2∶1在去离子水溶剂体系中充分搅拌混合均匀后，涂覆于Cu箔上烘干、冷压、分条、裁切，得到负极极片。
以PE/PP/PE三层多孔聚合薄膜作为隔膜。
将上述实施例1至6和对比例1至3的正极极片、隔膜、负极极片按先后顺序进行卷绕，卷绕控制离膜处于阴负极中间以起到隔离的作用，卷绕控制阴负极之间以及与隔膜间的错位，卷绕后得到裸电芯。将合格裸电芯通过极耳焊接在顶盖上，完成入壳，烘烤。
考虑到交联功能层的引入，后续电芯性能的对比主要观察交联功能层引入后是否会恶化电芯容量发挥。
实施例和对比例中电芯在同样的条件下，通过以下步骤对锂离子电池进行充放电，检测实施例和对比例的容量发挥。
全电池容量发挥测试
实施例1至6和对比例1至3的测试
常温下，所制作锂离子电池以0.5C(即2h内完全放掉理论容量的电流值)的电流进行第一次充电和放电，充电为恒流恒压充电，终止电压为 3.65V，截至电流为0.05C，放电终止电压为2.5V，然后电池搁置24H后以0.5C恒流恒压充电至3.65V，然后采用0.5C和1C的电流对满充电池进行放电，放电终止电压均为2.5V，记录不同倍率电流下的放电容量，以计算不同倍率电流下的放电容量发挥，放电容量发挥＝该倍率下的放电容量/ 活物质质量，表3即为实施例1-6与对比例1-3的测试结果。
表3实施例1至6与对比例1至3的全电池容量发挥测试结果
Figure BDA0001923277160000131
Figure BDA0001923277160000141
通过实施例和对比例的结果可看出，相对于对比例，实施例中电芯的容量发挥并未因为交联功能层的引入受到较大的恶化影响，目前数据分析来看，所有含有不同涂布重量的交联功能层其在不同倍率下的容量发挥和不含交联功能层的基本一致。
通过实施例与对比例的实验结果可明显看出在实施例中，交联功能层不会对电芯的基本容量发挥性能造成恶化，反而会针对于正极高涂布重量 (≥360mg/1540.25mm2)如360mg/1540.25mm2和400mg/1540.25mm2的正极极片起到较好的涂布开裂改善作用，这对于后续高涂布重量在实际产品中的应用提供了良好的工艺保证及工业化生产能力。
本申请虽然以较佳实施例公开如上，但并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本申请构思的前提下，都可以做出若干可能的变动和修改，因此本申请的保护范围应当以本申请权利要求所界定的范围为准。

Claims (17)

1.一种正极极片，包括：
在集流体至少一侧表面设置的第一活性物质层和第二活性物质层，以及在第一活性物质层与第二活性物质层之间设置的交联层，
所述第一活性物质层包括第一正极活性材料，所述第二活性物质层包括第二正极活性材料，所述交联层包括交联剂，所述交联剂为具有式(I)结构的弱碱性金属盐：
AaXbOc 式(I)
其中，A选自Li、Na、K、Mg、Ca、Mn、Ni中的一种或多种元素，X选自B、S、Si、C、P中的一种或多种元素，O表示氧原子，a、b、c的数值取决于元素A和X的化合价态。
2.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述交联剂的粉体pH为7.5-9.5。
3.根据权利要求2所述的正极极片，其特征在于，所述交联剂选自NaHCO3、Na2CO3、NaHSiO3、Na2SiO3、KHCO3、K2CO3、KHSiO3、K2SiO3、LiHCO3、Li2CO3、LiHSiO3、Li2SiO3的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述交联剂的平均粒径D1为0.01μm～5μm。
5.根据权利要求4所述的正极极片，其特征在于，所述交联剂的平均粒径D1、所述第一正极活性材料的平均粒径D2以及所述第二正极活性材料的平均粒径D3至少满足以下关系之一：
0.03≤D1/D2≤2 式(1)，
0.03≤D1/D3≤2 式(2)。
6.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述交联层的厚度为所述正极极片厚度的1/50～1/10。
7.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述交联层的涂布重量为3g/m2～33g/m2。
8.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述交联剂在所述交联层中的质量占比为5wt％～90wt％。
9.根据权利要求8所述的正极极片，其特征在于，所述交联层还包括导电剂和粘结剂，以交联剂、导电剂和粘结剂的总质量计，所述导电剂和粘结剂的总含量为10wt％～95wt％。
10.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述第一活性物质层与所述第二活性物质层的总涂布重量大于或等于234g/m2。
11.根据权利要求10所述的正极极片，其特征在于，所述第一活性物质层的涂布重量与所述第二活性物质层的涂布重量之比为1:4～4:1。
12.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述第一正极活性材料以及所述第二正极活性材料独立地选自化学式LiaM1-xM’xO2表示的层状锂-过渡金属氧化物、化学式LiFeyMn1-y-zM”zPO4/C表示的磷酸铁锂材料中的一种或者两种，
其中，0.9≤a≤1.1，0≤x≤0.1，M为Co、Mn、Ni中的至少一种，M’为Al、Mg、B、Zr、Si、Ti、Cr、Fe、V、Cu、Ca、Zn、Nb、Mo、Sr、Sb、W及Bi中的一种或几种，M”为Cr、Mg、Ti、Al、Zn、W、Nb、Zr中一种或几种。
13.根据权利要求12所述的正极极片，其特征在于，所述第一正极活性材料以及所述第二正极活性材料均选自化学式LiaM1-xM’xO2表示的层状锂-过渡金属氧化物，其中，0.9≤a≤1.1，0≤x≤0.1，M为Co、Mn、Ni中的至少一种，M’为Al、Mg、B、Zr、Si、Ti、Cr、Fe、V、Cu、Ca、Zn、Nb、Mo、Sr、Sb、W及Bi中的一种或几种。
14.一种锂离子二次电池，该锂离子二次电池包括壳体、正极极片、负极极片、隔膜和电解液，其中所述正极极片为权利要求1-9中任一项所述的正极极片。
15.根据权利要求14所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述负极的材料选自软碳、硬碳、人造石墨、天然石墨、硅、硅氧化合物、硅碳复合物、钛酸锂。
16.根据权利要求14所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述电解液包括有机溶剂和锂盐，所述有机溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的一种，所述锂盐选自LiPF6、LiBF4、LiBOB、LiAsF6、Li(CF3SO2)2N、LiCF3SO3、LiClO4中的一种或多种。
17.根据权利要求14所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述隔膜的材料为聚乙烯、聚丙烯、无纺布、聚纤维中一种或多种。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115039255A (zh) * 2021-09-30 2022-09-09 宁德新能源科技有限公司 电化学装置和包含其的电子装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101847709A (zh) * 2009-03-25 2010-09-29 Tdk株式会社 锂离子二次电池用电极及锂离子二次电池
CN102484239A (zh) * 2009-10-02 2012-05-30 丰田自动车株式会社 锂二次电池和该电池用正极
CN107994206A (zh) * 2016-10-26 2018-05-04 宁德时代新能源科技股份有限公司 锂离子电池及其阴极片
JP2018147752A (ja) * 2017-03-06 2018-09-20 リチウム エナジー アンド パワー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフッング ウント コンパニー コマンディトゲゼルシャフトＬｉｔｈｉｕｍ Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ． ＫＧ 蓄電素子及びその製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101847709A (zh) * 2009-03-25 2010-09-29 Tdk株式会社 锂离子二次电池用电极及锂离子二次电池
CN102484239A (zh) * 2009-10-02 2012-05-30 丰田自动车株式会社 锂二次电池和该电池用正极
CN107994206A (zh) * 2016-10-26 2018-05-04 宁德时代新能源科技股份有限公司 锂离子电池及其阴极片
JP2018147752A (ja) * 2017-03-06 2018-09-20 リチウム エナジー アンド パワー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフッング ウント コンパニー コマンディトゲゼルシャフトＬｉｔｈｉｕｍ Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ． ＫＧ 蓄電素子及びその製造方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"One-step synthesis and effect of heat-treatment on the structure and electrochemical properties of LiNi0.5Mn1.5O4 cathode material for lithium-ion batteries";Jian-Wu Wen等;《Electrochimica Acta》;20140416;第133卷;第515-521页 *
"锂离子电池正极材料的研究进展";甘雄;《培训与研究-湖北教育学院学报》;20040930;第21卷(第5期);第22-24页 *

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