CN111816841B - 一种正极片及锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种正极片及锂离子电池，正极片包括集流体以及分别设置在集流体上下表面的第一正极活性层和第二正极活性层；第一正极活性层包括靠近极耳连接区域的第一部分和远离极耳连接区的第二部分，第二正极活性层包括靠近极耳连接区域的第三部分和远离极耳连接区的第四部分；第一部分的正极活性物质中微量金属元素的质量分数为ω1；第二部分的正极活性物质中微量金属元素的质量分数为ω2；第三部分的正极活性物质中微量金属元素的质量分数为ω3；第四部分的正极活性物质中微量金属元素的质量分数为ω4，ω1＞ω2，ω3＞ω4。本发明通过提升极片高极化区材料的稳定性，有利于锂离子电池容量保持率和循环寿命的改善。

Description

一种正极片及锂离子电池
技术领域
本发明涉及一种正极片及锂离子电池，属于二次电池技术领域。
背景技术
锂离子电池由于具有比能量高、循环寿命长、自放电少、安全性能好等特点而备受关注，目前锂离子电池的应用已经深入到日常生活的方方面面，例如手机、相机、笔记本电脑、无人机、电动汽车等，用户除了对锂离子电池的能量密度要求越来越高以外，对锂离子电池的循环次数的改善也提出了更高的需求。
常规的锂离子电池通常采用单极耳设置，由于在充放电过程中极耳处的电流是最大的，因此会导致靠近极耳处的正极的电压比远离极耳处的正极电压更高，并且靠近极耳处的正极的极化程度相比远离极耳处的正极的极化程度更严重，因此极耳处的正极更容易发生过充，从而导致此处正极片中的正极金属元素的溶出，破坏正极材料的结构稳定性，而且溶出的金属离子还会在负极发生还原反应，消耗电子的同时还会使锂离子电池的充电容量降低，且还原后得到的金属原子沉积在负极表面，还会破坏负极表面的SEI膜，从而进一步恶化锂离子电池的电性能。
发明内容
本发明提供一种正极片，通过对靠近极耳区域的正极活性层进行设置，显著的提升了正极片的结构稳定性，从而较大程度的抑制了充放电过程中靠近极耳区域的正极片部分发生的溶出反应，有利于锂离子电池容量保持率的提升，延长了锂离子电池的循环寿命。
本发明还提供一种锂离子电池，包括上述正极片，因此该锂离子电池在多次循环后依旧具有优异的容量保持率，循环次数得到显著的提升。
本发明提供一种正极片，包括集流体以及设置在所述集流体上表面的第一正极活性层和设置在所述集流体下表面的第二正极活性层；
所述第一正极活性层包括靠近极耳连接区域的第一部分和远离极耳连接区的第二部分，所述第二正极活性层包括靠近极耳连接区域的第三部分和远离极耳连接区的第四部分；
所述第一部分的正极活性物质中，微量金属元素的质量分数为ω1；所述第二部分的正极活性物质中，微量金属元素的质量分数为ω2；所述第三部分的正极活性物质中，微量金属元素的质量分数为ω3；所述第四部分的正极活性物质中，微量金属元素的质量分数为ω4，其中，ω1＞ω2，ω3＞ω4。
如上所述的正极片，其中，所述微量金属元素选自Al，Mg，Ti，Zr，Y，La，Nb，Ta，W中的至少一种。
如上所述的正极片，其中，ω1＞ω4，ω3＞ω2。
如上所述的正极片，其中，ω1/ω2>1.05和/或ω1/ω4>1.05；和/或，
ω3/ω2>1.05和/或ω3/ω4>1.05。
如上所述的正极片，其中，在所述第一正极活性层长度的方向上，所述第一部分的长度L1小于第二部分的长度L2；和/或，在所述第二正极活性层长度的方向上，所述第三部分的长度L3小于第四部分的长度L4。
如上所述的正极片，其中，所述第一部分的长度L1和第二部分的长度L2满足以下条件：
10％＜L1/(L1+L2)＜50％。
如上所述的正极片，其中，所述第三部分的长度L3和第四部分的长度L4满足以下条件：
10％＜L3/(L3+L4)＜50％。
如上所述的正极片，其中，所述第一部分和第三部分中的导电炭黑的含量高于所述第二部分和第四部分中的导电炭黑的含量。
如上所述的正极片，其中，所述第一部分的组成与第三部分的组成相同；和/或，
所述第二部分的组成和第四部分的组成相同。
本发明还提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括上述任一项所述的正极片。
本发明的正极片，在集流体的靠近极耳连接区的上下表面设置微量金属元素含量更高的正极活性层，因此，靠近极耳连接区的正极片部分具有更强的结构稳定性，继而耐高压能力也得到显著增强。当含有该正极片的锂离子电池在充放电时，极耳处的大电流导致的过充现象和极化现象能够得到抑制，在一定程度上避免了极耳处正极片中金属元素的溶出，有利于锂离子在正负极之间的有效传输，从而优化了锂离子电池在多次循环后的容量保持率，延长了锂离子电池的使用寿命。
本发明的锂离子电池，由于包括上述正极片，因此多次循环后依旧具有优异的容量保持率，循环次数得到显著的提升。
附图说明
图1为本发明正极片一实施例的结构示意正视图；
图2为图1中正极片的俯视图；
图3为图1中正极片的俯视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明正极片一实施例的结构示意正视图。如图1所示，本实施例的正极片包括集流体a以及设置在所述集流体a上表面的第一正极活性层b和设置在所述集流体a下表面的第二正极活性层c；所述第一正极活性层b包括靠近极耳连接区a1的第一部分1和远离极耳连接区a1的第二部分2，所述第二正极活性层c包括靠近极耳连接区a1的第三部分3和远离极耳连接区a1的第四部分4；所述第一部分的正极活性物质中，微量金属元素的质量分数为ω1；所述第二部分的正极活性物质中，微量金属元素的质量分数为ω2；所述第三部分的正极活性物质中，微量金属元素的质量分数为ω3；所述第四部分的正极活性物质中，微量金属元素的质量分数为ω4，其中，ω1＞ω2，ω3＞ω4。
本发明的微量金属元素是指在第一正极活性层和第二正极活性层的正极活性物质中，含量低于正极活性物质组成元素的含量的金属元素，一般的，正极活性物质中含有多种微量金属元素，因此，ω1是指第一部分的正极活性物质中所有微量金属元素的总质量与正极活性物质质量的比值，ω2是指第二部分的正极活性物质中所有微量金属元素的总质量与正极活性物质质量的比值，ω3是指第三部分的正极活性物质中所有微量金属元素的总质量与正极活性物质质量的比值，ω4是指第四部分的正极活性物质中所有微量金属元素的总质量与正极活性物质质量的比值。其中，每部分中的微量金属元素可以完全相同、或者部分相同，或者完全不同。
针对本领域常用的正极活性物质而言，本发明的微量金属元素选自Al，Mg，Ti，Zr，Y，La，Nb，Ta，W中的至少一种。
集流体a的表面包括极耳连接区a1以及活性层设置区。其中，极耳连接区a1用于连接极耳，活性层设置区用于设置包括正极活性物质的正极活性层(即本实施例的第一正极活性层b和第二正极活性层c)。此外，根据电池规格的不同或者制备的特殊需求(例如为了便于电芯的卷绕等组装工艺的进行)，集流体a的表面还可以进一步包括空白区a2，空白区a2不设置任何功能层或功能部件。具体地，极耳连接区a1，活性层设置区以及空白区a2各自的位置、各自在集流体a中所占的比例以及各自之间的距离可以根据需要自行设置，本发明不做限制。在图1中，极耳连接区a1在和空白区a2分别在集流体a的两侧，活性层设置区位于集流体a的中部。能够理解的是，本实施例的集流体a为本领域常用的正极集流体，例如金属铝箔等，厚度优选为8-20μm。
本实施例的正极片通过在集流体a的上表面和下表面的活性层设置区分别设置第一正极活性层b和第二正极活性层c而得到，其中，上表面和下表面是指集流体a最大的两个表面(即，由集流体a长度和宽度确定的两个表面)，且设置在上表面的为第一正极活性层b，设置在下表面的为第二正极活性层c。
第一正极活性层b分为两部分，分别为靠近极耳连接区a1的第一部分1和远离极耳连接区a1的第二部分2；第二正极活性层b分为两部分，分别为靠近极耳连接区a1的第三部分3和远离极耳连接区a1的第四部分4。其中，ω1＞ω2，ω3＞ω4。
根据本发明的上述技术方案，将该正极片应用于锂离子电池后，能够显著改善锂离子电池多次循环后的容量保持率，延长锂离子电池的循环寿命。原因在于，虽然在锂离子电池充放电过程中，靠近极耳连接区a1的正极片更容易出现大电流过充现象且电压偏高，但是由于本实施例的靠近极耳连接区a1的正极片的第一部分1含有相对于第二部分2更多的金属元素且第三部分3含有相对于第四部分4更多的金属元素，因此靠近极耳连接区a1的正极片的第一部分1和第三部分3的结构稳定性更佳。因此，即使靠近极耳连接区a1的正极片出现大电流过充现象且电压偏高的现象，本实施例的正极片的第一部分1和第三部分3也不会出现金属大量溶出、甚至结构坍塌的现象，而依旧能够以结构稳定性优异的正极完成锂离子的嵌入和脱嵌，保证锂离子在正负极正常且快速的往返，因此本发明的正极片能够保证锂离子电池的正常的电性能，尤其是使锂离子电池具有优异的容量保持率和循环寿命。
需要强调的是，虽然高金属元素含量能够增强正极片的结构稳定性，但是若使远离极耳连接区a1的第二部分2和第四部分4也具有高金属元素含量，会导致正极片克容量的下降且阻抗会出现上升趋势，显然不利于锂离子电池的整体电性能，因此本发明通过对正极活性层的四个部分中的金属元素含量进行差异设置，在不影响正极片克容量和阻抗的前提下有效改善靠近极耳连接区a1的正极片结构稳定性，从而实现锂离子电池容量保持率的优化以及延长锂离子电池的循环寿命。
为了使正极片的结构更加稳定，可以在上述基础上，进一步使ω1＞ω4，ω3＞ω2。
发明人发现，当对ω1相对于ω2和ω4的差异以及ω3相对于ω2和ω4的差异进行更加明显的差异限定时，能够在确保正极片结构稳定性的基础上改善正极片的克容量以及阻抗。具体地，当ω1/ω2>1.05和/或ω1/ω4>1.05；和/或，ω3/ω2>1.05和/或ω3/ω4>1.05时，本发明的正极片不仅结构更加稳定，也同时具有较高的克容量以及较低的阻抗，从而使锂离子电池的电性能得到进一步提升。
示例性的，第一部分1中的正极活性物质含有四种微量金属元素分别为Al、Mg、Ti、Zr，其各自相对于正极活性物质的含量分别为1500ppm，1200ppm，600ppm，10ppm，则ω1＝2000+1300+600+10＝3310ppm；第二部分2中的正极活性物质含有四种微量金属元素分别为Al、Mg、Ti、Zr，其各自相对于正极活性物质的的含量分别为1000ppm，1000ppm，600ppm，10ppm，则ω2＝1000+1000+600+10＝2610ppm，其中ω1/ω2＝1.268>1.05。
在具体实施过程中，为了高效得到包括第一部分1和第二部分2的第一正极活性层b和包括第三部分3和第四部分4的第二正极活性层c，并且进一步提升第一部分1和第三部分3的结构稳定性，可以对第一部分1、第二部分2、第三部分3以及第四部分4的形状和尺寸进行具体限定。
为了便于描述，首先对本发明所指的长度方向、宽度方向和高度方向进行限定。具体地，长度方向是指第一正极活性层b(或第二正极活性层c、或集流体a1)的最长边长所在的方向；高度方向是指第一正极活性层b(或第二正极活性层c、或集流体a1)的最短边长所在的方向(即厚度)；宽度方向是指第一正极活性层b(或第二正极活性层c、或集流体a1)的最长边长和最短边长之间的边长所在的方向。
图2为图1中正极片的俯视图，图3为图1中正极片的仰视图。如图2和图3所示，第一部分1的宽度W1、第二部分2的宽度W2分别与第一正极活性层b的宽度相同；第一部分1的长度L1小于第二部分2的长度L2。
进一步地，当10％＜L1/(L1+L2)＜50％时，第一部分1的结构稳定性改善更为突出并且也有利于正极片保证较高的克容量。
此外，还可以进一步使第三部分3的宽度W3和第四部分4的宽度W4分别与所述第二正极活性层c的宽度相同；第三部分3的长度L3小于第四部分4的长度L4。
进一步地，当10％＜L3/(L3+L4)＜50％时，第三部分3的结构稳定性改善更为突出并且也有利于正极片保证较高的克容量。
在本发明中，第一部分1、第二部分2、第三部分3以及第四部分4的长度可以彼此不同或全部相同，或部分相同。
本发明不限制第一正极活性层和第二正极活性层中的正极活性物质，可以是本领域常见的正极活性物质，例如钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、镍钴锰三元材料、镍钴铝三元材料、磷酸铁锂(LFP)、镍锰酸锂、富锂锰基材料等中的至少一种。此外，本发明对第一正极活性层和第二正极活性层的厚度也不做过多限制。
此外，与现有技术中的正极活性层相同，本发明的第一正极活性层和第二正极活性层中，除了包括正极活性物质以及金属元素外，也还包括导电炭黑和粘结剂。具体地，将正极活性物质、金属元素、导电炭黑以及粘结剂按照要求比例分散在适量的溶剂中，充分搅拌混合形成均匀的第一部分、第二部分、第三部分以及第四部分的正极浆料，在集流体的活性层设置区分别涂布各个浆料以形成第一部分、第二部分、第三部分以及第四部分，挥发溶剂后，即得到在集流体的上下表面分别涂布第一正极活性层和第二正极活性层的正极片。其中，粘结剂选自聚偏氟乙烯(PVDF)、羧甲基纤维素钠(CMC)和海藻酸钠(SA)中的至少一种。
发明人发现，当第一部分和第三部分中的导电炭黑的含量高于所述第二部分和第四部分中的导电炭黑的含量时，第一部分和第三部分的结构稳定性也会得到一定程度的提升。其中，第一部分的导电炭黑的含量是指导电炭黑在第一部分的质量含量，第二部分的导电炭黑的含量是指导电炭黑在第二部分的质量含量，第三部分的导电炭黑的含量是指导电炭黑在第三部分的质量含量，第四部分的导电炭黑的含量是指导电炭黑在第四部分的质量含量。
在一种具体的实施方式中，第一部分的组成和第三部分的组成可以相同；和/或，第二部分的组成和第四部分的组成可以相同。此处的组成是各个部分中的化合物以及各自的含量。
本发明还提供一种锂离子电池，该锂离子电池包括上述正极片。
能够理解的是，本发明的锂离子电池除了包括正极片外，还包括负极片、电解液以及隔膜，其中，隔膜间隔于正极片和负极片之间，电解液充满正极片以及负极片之间。
负极片具体包括负极集流体和设置在负极集流体表面的负极活性层。具体制备负极片时，可以将负极活性物质与导电剂、粘结剂分散在适量的去离子水中，充分搅拌混合形成均匀的负极浆料；将负极浆料均匀涂覆在负极集流体层上，经过烘干、辊压和分切，得到负极片。
本发明的负极活性物质为含碳的材料，例如人造石墨、硬炭、软炭等中的至少一种。负极集流体的材料可以为铜箔、泡沫镍、泡沫铜中的至少一种。导电剂可以选自天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维、石墨烯中的至少一种。粘结剂可以选自羧甲基纤维素、丁苯橡胶、聚氯乙烯、羧化聚氯乙烯、聚氟乙烯、含环氧乙烷的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺酰亚胺、聚乙烯醇、聚丙烯酸钠中的至少一种。
本发明并不严格限定电解液的选择，可以包括目前锂电池电解液中常用的溶剂中的一种或多种，以及目前锂离子电解液中所常用的电解质锂盐，例如：溶剂可以是碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、二氟代碳酸乙烯酯(DFEC)、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯(EMC)、乙酸乙酯、丙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸丙酯、环丁砜、γ-丁内酯等；锂盐比如可以选择六氟磷酸锂(LiPF6)、双(氟磺酰)亚胺锂(LiFSI)、双(三氟甲基磺酸酰)亚氨锂(LiTFSI)中的一种或多种。
本发明并不严格限定隔膜的材料选择，可以是目前锂电池中所常用的隔膜材料，比如为聚丙烯隔膜(PP)、聚乙烯隔膜(PE)、聚丙烯/聚乙烯双层复合膜(PP/PE)、聚酰亚胺静电纺丝隔膜(PI)、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层复合膜(PP/PE/PP)、纤维素无纺布隔膜、带陶瓷涂层的隔膜中的一种。
在制备锂离子电池时，将正极片、隔膜和负极片进行卷绕或叠片得到裸电芯，并将裸电芯封装到预先冲压成型的铝塑膜袋中。封装好的电池经过85℃烘干水分后，将电解液注入到干燥的电池中，电池经过搁置、化成和二次封口后完成锂电池的制备。
本发明的锂离子电池，由于包括了前述的正极片，因此在多次循环后仍具有较高的容量保持率。
以下，通过具体实施例对本发明的正极片以及锂离子电池进行详细的介绍。
实施例1
本实施例的正极片结构如图1所示。其中，第一部分和第三部分的组成相同，第二部分和第四部分的组成相同。
本实施例的正极片的制备方法包括：
1、低微量金属元素含量的浆料的制备
将正极活性物质钴酸锂、粘结剂(PVDF，聚偏二氟乙烯)以及导电炭黑(SP，超级导电炭黑)按照要求比例分散在适量的溶剂(NMP，N-甲基吡咯烷酮)中，制备得到低金属元素含量的浆料。
其中，钴酸锂、粘结剂以及导电炭黑的质量占比分别为97.8％、1.1％以及1.1％；此外，钴酸锂中还含有金属Al、Mg、Ti以及Zr，基于钴酸锂的质量，Al的含量为900ppm，Mg的含量为900ppm，Ti的含量为900ppm，Zr的含量为20ppm。
2、高微量金属元素含量的浆料的制备
将正极活性物质钴酸锂、粘结剂(PVDF，聚偏二氟乙烯)以及导电炭黑(SP，超级导电炭黑)按照要求比例分散在适量的溶剂(NMP，N-甲基吡咯烷酮)中，制备得到高金属元素含量的浆料。
其中，钴酸锂、粘结剂以及导电炭黑的质量占比分别为97.8％、1.1％以及1.1％；此外，钴酸锂中还含有金属Al、Mg、Ti以及Zr，基于钴酸锂的质量，Al的含量为3500ppm，Mg的含量为2000ppm，Ti的含量为900ppm，Zr的含量为20ppm。
3、正极片的制备
使用上述两种浆料在铝箔上进行涂布，其中在第一正极活性层的第一部分使用高金属元素含量的浆料进行涂布，在第一正极活性层的第二部分使用低金属元素含量的浆料进行涂布；在第二正极活性层的第三部分使用高金属元素含量的浆料进行涂布，在第二正极活性层的第四部分使用低金属元素含量的浆料进行涂布。其中第一部分的长度L1和第二部分的长度L2满足L1/(L1+L2)＝30％，第三部分的长度L3和第四部分的长度L4满足L3/(L3+L4)＝30％。
本实施例的锂离子电池的制备方法包括：
将上述制备得到的正极片搭配负极片、多孔隔膜、商业上常规的锂离子电池电解液通过锂离子电池常规制备工艺(卷绕、化成等)制备成锂离子电池1#。
其中，负极片的制备方法包括：将石墨、粘结剂(SBR，丁苯橡胶)、导电剂(SP，超级导电炭黑)以及分散剂(CMC，羧甲基纤维素钠)按照要求比例分散在适量的水中，制备得负极浆料。将负极浆料通过挤压型涂布机涂布于集流体表面并烘干，再通过辊压机辊压，分切，得到本实施例的负极片。其中，石墨、粘结剂、导电剂以及分散剂的质量占比分别为96.9％、1.3％、0.5％以及1.3％。
实施例2
本实施例的正极片结构如图1所示。其中，第一部分和第三部分的组成相同，第二部分和第四部分的组成相同。
本实施例的正极片的制备方法包括：
1、低金属元素含量的浆料的制备
将正极活性物质钴酸锂、粘结剂(PVDF，聚偏二氟乙烯)以及导电炭黑(SP，超级导电炭黑)按照要求比例分散在适量的溶剂(NMP，N-甲基吡咯烷酮)中，制备得到导电剂含量的浆料。
其中，钴酸锂、粘结剂以及导电炭黑的质量占比分别为97.8％、1.1％以及1.1％；此外，钴酸锂中还含有金属Al、Mg、Ti以及Zr，基于钴酸锂的质量，Al的含量为900ppm，Mg的含量为900ppm，Ti的含量为900ppm，Zr的含量为20ppm。
2、高金属元素含量的浆料的制备
将正极活性物质钴酸锂、粘结剂(PVDF，聚偏二氟乙烯)以及导电炭黑(SP，超级导电炭黑)按照要求比例分散在适量的溶剂(NMP，N-甲基吡咯烷酮)中，制备得到高导电剂含量的浆料。
其中，钴酸锂、粘结剂以及导电炭黑的质量占比分别为97.4％、1.1％以及1.5％；此外，钴酸锂中还含有金属Al、Mg、Ti以及Zr，基于钴酸锂的质量，Al的含量为3500ppm，Mg的含量为2000ppm，Ti的含量为900ppm，Zr的含量为20ppm。
3、正极片的制备
使用上述两种浆料在铝箔上进行涂布，其中在第一正极活性层的第一部分使用高导电剂含量的浆料进行涂布，在第一正极活性层的第二部分使用低导电剂含量的浆料进行涂布；在第二正极活性层的第三部分使用高导电剂含量的浆料进行涂布，在第二正极活性层的第四部分使用地导电剂含量的浆料进行涂布。其中对于第一正极活性层的第一部分和第二部分的长度L1，L2有：L1/(L1+L2)＝30％，对于第二正极活性层的第三部分和第四部分的长度L3，L4有：L3/(L3+L4)＝30％。
本实施例的锂离子电池的制备方法包括：本实施例的锂离子电池2#的制备方法与锂离子电池1#的制备方法基本相同，不同的是本实施例的锂离子电池2#的正极片为本实施例的正极片。
实施例3
本实施例的正极片结构如图1所示。其中，第一部分和第三部分的组成不相同，第二部分和第四部分的组成不相同。
本实施例的正极片的制备方法包括：
1、低金属元素含量的浆料1的制备
与实施例1中的低金属元素含量的浆料相同。
2、低金属元素含量的浆料2的制备
将正极活性物质钴酸锂、粘结剂(PVDF，聚偏二氟乙烯)以及导电炭黑(SP，超级导电炭黑)按照要求比例分散在适量的溶剂(NMP，N-甲基吡咯烷酮)中，制备得到低金属元素含量的浆料2。
其中，钴酸锂、粘结剂以及导电炭黑的质量占比分别为97.8％、1.1％以及1.1％；此外，钴酸锂中还含有金属Al、Mg、Ti以及Zr，基于钴酸锂的质量，Al的含量为800ppm，Mg的含量为850ppm，Ti的含量为800ppm，Zr的含量为20ppm。
3、高金属元素含量的浆料1的制备
与实施例1中的高金属元素含量的浆料相同。
4、高金属元素含量的浆料2的制备
将正极活性物质钴酸锂、粘结剂(PVDF，聚偏二氟乙烯)以及导电炭黑(SP，超级导电炭黑)按照要求比例分散在适量的溶剂(NMP，N-甲基吡咯烷酮)中，制备得到高金属元素含量的浆料2。
其中，钴酸锂、粘结剂以及导电炭黑的质量占比分别为97.8％、1.1％以及1.1％；此外，钴酸锂中还含有金属Al、Mg、Ti以及Zr，基于钴酸锂的质量，Al的含量为2000ppm，Mg的含量为2000ppm，Ti的含量为1500ppm，Zr的含量为20ppm。
5、正极片的制备
使用上述四种浆料在铝箔上进行涂布，其中在第一正极活性层的第一部分使用高金属元素含量的浆料1进行涂布，在第一正极活性层的第二部分使用低金属元素含量的浆料1进行涂布；在第二正极活性层的第三部分使用高金属元素含量的浆料2进行涂布，在第二正极活性层的第四部分使用低金属元素含量的浆料2进行涂布。其中第一部分的长度L1和第二部分的长度L2满足L1/(L1+L2)＝30％，第三部分的长度L3和第四部分的长度L4满足L3/(L3+L4)＝30％。
本实施例的锂离子电池的制备方法包括：本实施例的锂离子电池3#的制备方法与锂离子电池1#的制备方法基本相同，不同的是本实施例的锂离子电池3#的正极片为本实施例的正极片。
实施例4
本实施例的正极片中，第一部分和第三部分的组成相同，第二部分和第四部分的组成相同。
本实施例的正极片的制备方法包括：
在第一正极活性层的第一部分使用实施例1中的高金属元素含量的浆料进行涂布，在第一正极活性层的第二部分使用实施例1中的低金属元素含量的浆料进行涂布；在第二正极活性层的第三部分使用实施例1中的高金属元素含量的浆料进行涂布，在第二正极活性层的第四部分使用实施例1中的低金属元素含量的浆料进行涂布。其中第一部分的长度L1和第二部分的长度L2满足L1/(L1+L2)＝70％，第三部分的长度L3和第四部分的长度L4满足L3/(L3+L4)＝70％。
本实施例的锂离子电池的制备方法包括：本实施例的锂离子电池4#的制备方法与锂离子电池1#的制备方法基本相同，不同的是本实施例的锂离子电池4#的正极片为本实施例的正极片。
实施例5
本实施例的正极片中，第一部分和第三部分的组成相同，第二部分和第四部分的组成相同。
本实施例的正极片的制备方法包括：
在第一正极活性层的第一部分使用实施例1中的高金属元素含量的浆料进行涂布，在第一正极活性层的第二部分使用实施例1中的低金属元素含量的浆料进行涂布；在第二正极活性层的第三部分使用实施例1中的高金属元素含量的浆料进行涂布，在第二正极活性层的第四部分使用实施例1中的低金属元素含量的浆料进行涂布。其中第一部分的长度L1和第二部分的长度L2满足L1/(L1+L2)＝5％，第三部分的长度L3和第四部分的长度L4满足L3/(L3+L4)＝5％。
本实施例的锂离子电池的制备方法包括：本实施例的锂离子电池5#的制备方法与锂离子电池1#的制备方法基本相同，不同的是本实施例的锂离子电池5#的正极片为本实施例的正极片。
实施例6
本实施例的正极片结构如图1所示。其中，第一部分和第三部分的组成不相同，第二部分和第四部分的组成不相同。
本实施例的正极片的制备方法包括：
1、低金属元素含量的浆料1的制备
与实施例1中的低金属元素含量的浆料相同。
2、低金属元素含量的浆料2的制备
将正极活性物质钴酸锂、粘结剂(PVDF，聚偏二氟乙烯)以及导电炭黑(SP，超级导电炭黑)按照要求比例分散在适量的溶剂(NMP，N-甲基吡咯烷酮)中，制备得到低金属元素含量的浆料2。
其中，钴酸锂、粘结剂以及导电炭黑的质量占比分别为97.8％、1.1％以及1.1％；此外，钴酸锂中还含有金属Al、Mg、Ti以及Zr，基于钴酸锂的质量，Al的含量为600ppm，Mg的含量为500ppm，Ti的含量为400ppm，Zr的含量为20ppm。
3、高金属元素含量的浆料1的制备
与实施例1中的高金属元素含量的浆料相同。
4、高金属元素含量的浆料2的制备
将正极活性物质钴酸锂、粘结剂(PVDF，聚偏二氟乙烯)以及导电炭黑(SP，超级导电炭黑)按照要求比例分散在适量的溶剂(NMP，N-甲基吡咯烷酮)中，制备得到高金属元素含量的浆料2。
其中，钴酸锂、粘结剂以及导电炭黑的质量占比分别为97.8％、1.1％以及1.1％；此外，钴酸锂中还含有金属Al、Mg、Ti以及Zr，基于钴酸锂的质量，Al的含量为2000ppm，Mg的含量为2000ppm，Ti的含量为1500ppm，Zr的含量为20ppm。
在第一正极活性层的第一部分使用高金属元素含量的浆料1进行涂布，在第一正极活性层的第二部分使用高金属元素含量2的浆料进行涂布；在第二正极活性层的第三部分使用低金属元素含量的浆料1进行涂布，在第二正极活性层的第四部分使用低金属元素含量2的浆料进行涂布。其中第一部分的长度L1和第二部分的长度L2满足L1/(L1+L2)＝30％，第三部分的长度L3和第四部分的长度L4满足L3/(L3+L4)＝30％。
本实施例的锂离子电池的制备方法包括：本实施例的锂离子电池6#的制备方法与锂离子电池1#的制备方法基本相同，不同的是本实施例的锂离子电池6#的正极片为本实施例的正极片。
对比例1
本对比例的正极片的制备方法包括：采用实施例1中的低金属元素含量的浆料在集流体上下表面的活性层设置区进行均匀涂布并烘干，再通过辊压机辊压，分切，得到本对比例的正极片。
本对比例的锂离子电池1a#的制备方法与锂离子电池1#的制备方法基本相同，不同的是本对比例的锂离子电池1a#的正极片为本对比例的正极片。
对比例2
本对比例的正极片的制备方法包括：采用实施例1中的高金属元素含量的浆料在集流体上下表面的活性层设置区进行均匀涂布并烘干，再通过辊压机辊压，分切，得到本对比例的正极片。
本对比例的锂离子电池2a#的制备方法与锂离子电池1#的制备方法基本相同，不同的是本对比例的锂离子电池2a#的正极片为本对比例的正极片。
试验例
1、对上述对比例和实施例中所制备的电池进行25℃充放电循环测试，测试电压为3-4.45V，充放电制度为：1.5C充15分钟转0.8C充4.45V恒压至0.05C，0.5C放电至3V，当循环达到第n周时，记录电池的第n周的放电容量Qn，其中第一次的放电容量记为Q1(该电池的首次克容量)，通过首次容量Q1和正极片上的正极活性物质质量m，可以计算出正极的克容量＝Q1/m；
并按照下述公式计算25℃下，n为150周和300周时的容量保持率，结果见表1。
Figure BDA0002597876030000151
2、对不同循环周次的电芯拆解，取与靠近正极极耳的正极片对应的负极片进行ICP测试钴含量，结果见表1。
表1
Figure BDA0002597876030000152
根据表1可知：
相对于对比例1，本发明的正极片能够有效改善锂离子电池在多次循环后的容量保持率，有效延长锂离子电池的使用寿命；由于在锂离子电池多次循环充放电的过程中，本发明锂离子电池中负极片上被还原的金属钴的量明显低于对比例锂离子电池中负极片上被还原的金属钴的量，因此说明本发明的正极片结构稳定，金属溶出现象明显得到抑制；尤其当第一部分的长度L1、第二部分的长度L2、第三部分的长度L3以及第四部分的长度L4满足10％＜L1/(L1+L2)＜50％以及10％＜L3/(L3+L4)＜50％时，本发明的的锂离子电池的性能表现更为优异；
对比例2的锂离子电池虽然也具有优异的容量保持率且正极片也不易发生金属溶出现象，但是对比例2的克容量较低，难以满足现阶段对锂离子电池高容量的需求；
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (12)

1.一种正极片，其特征在于，包括集流体以及设置在所述集流体上表面的第一正极活性层和设置在所述集流体下表面的第二正极活性层；
所述第一正极活性层包括靠近极耳连接区域的第一部分和远离极耳连接区的第二部分，所述第二正极活性层包括靠近极耳连接区域的第三部分和远离极耳连接区的第四部分；
所述第一部分的正极活性物质中，微量金属元素的质量分数为ω1；所述第二部分的正极活性物质中，微量金属元素的质量分数为ω2；所述第三部分的正极活性物质中，微量金属元素的质量分数为ω3；所述第四部分的正极活性物质中，微量金属元素的质量分数为ω4，其中，ω1＞ω2，ω3＞ω4；
所述正极活性物质选自钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、镍钴锰三元材料、镍钴铝三元材料、磷酸铁锂、镍锰酸锂、富锂锰基材料中的至少一种；
所述微量金属元素为Al，Mg，Ti，Zr，Y，La，Nb，Ta，W中的至少一种；
ω1/ω2>1.05和/或ω3/ω4>1.05。
2.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，ω1＞ω4，ω3＞ω2。
3.根据权利要求2所述的正极片，其特征在于，ω1/ω4>1.05；和/或，ω3/ω4>1.05。
4.根据权利要求1-3任一项所述的正极片，其特征在于，在所述第一正极活性层长度的方向上，所述第一部分的长度L1小于第二部分的长度L2；和/或，在所述第二正极活性层长度的方向上，所述第三部分的长度L3小于第四部分的长度L4。
5.根据权利要求4所述的正极片，其特征在于，所述第一部分的长度L1和第二部分的长度L2满足以下条件：
10％＜L1/(L1+L2)＜50％。
6.根据权利要求4所述的正极片，其特征在于，所述第三部分的长度L3和第四部分的长度L4满足以下条件：
10％＜L3/(L3+L4)＜50％。
7.根据权利要求1、2、3、5、6任一项所述的正极片，其特征在于，所述第一部分和第三部分中的导电炭黑的含量高于所述第二部分和第四部分中的导电炭黑的含量。
8.根据权利要求4所述的正极片，其特征在于，所述第一部分和第三部分中的导电炭黑的含量高于所述第二部分和第四部分中的导电炭黑的含量。
9.根据权利要求1、2、3、5、6、8任一项所述的正极片，其特征在于，所述第一部分的组成与第三部分的组成相同；和/或，
所述第二部分的组成和第四部分的组成相同。
10.根据权利要求4所述的正极片，其特征在于，所述第一部分的组成与第三部分的组成相同；和/或，
所述第二部分的组成和第四部分的组成相同。
11.根据权利要求7所述的正极片，其特征在于，所述第一部分的组成与第三部分的组成相同；和/或，
所述第二部分的组成和第四部分的组成相同。
12.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括权利要求1-11任一项所述的正极片。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112820854B (zh) * 2020-12-30 2022-10-14 珠海冠宇电池股份有限公司 一种电极片及其应用
CN113314697A (zh) * 2021-05-27 2021-08-27 珠海冠宇电池股份有限公司 一种电芯和电池
CN113764654A (zh) * 2021-09-02 2021-12-07 东莞维科电池有限公司 一种正极极片及其制备方法、锂离子电池
CN113948672A (zh) * 2021-09-03 2022-01-18 惠州锂威新能源科技有限公司 一种正极片及包含该正极片的锂离子电池
CN117038860B (zh) * 2023-10-10 2024-04-05 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种阴极极片、电极组件、电池及用电设备

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111370644A (zh) * 2020-05-27 2020-07-03 北京小米移动软件有限公司 极片及其加工方法、电芯结构、电池

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102122725B (zh) * 2011-01-28 2012-12-05 福建南平南孚电池有限公司 一种锂-二硫化铁电池
CN107785533A (zh) * 2017-09-27 2018-03-09 惠州市惠德瑞锂电科技股份有限公司 一种放电效果高、安全性高的锂一次电池
WO2020129999A1 (ja) * 2018-12-19 2020-06-25 三洋電機株式会社 二次電池用の電極板及びそれを用いた二次電池
CN110797582A (zh) * 2019-09-27 2020-02-14 双登集团股份有限公司 一种新型钛酸锂正极电池的制备方法
CN111916668B (zh) * 2020-07-27 2021-07-16 珠海冠宇电池股份有限公司 一种负极片及其制备方法和包含该负极片的锂离子电池

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111370644A (zh) * 2020-05-27 2020-07-03 北京小米移动软件有限公司 极片及其加工方法、电芯结构、电池

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