CN112331857A - 一种提高锂离子电池安全性的正极极片及高安全性锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明属于锂离子电池技术领域。本发明公开了一种提高锂离子电池安全性的正极极片，其由集流体及设于集流体单侧或两侧的活性物质层组成，活性物质层由稳定层和活性层交错堆叠组成，活性物质层中与集流体接触的一层为稳定层，活性物质层中设有至少一个稳定层和至少一个活性层；本发明还公开了一种高安全性锂离子电池，其采用上述的提高锂离子电池安全性的正极极片。本发明通过在锂离子电池正极极片的集流体与活性层之间设置稳定层，既可提高极片的机械强度和热稳定性，又可避免电芯在穿刺和挤压过程中正负极直接接触，引发热失控；由本发明中的锂离子电池正极极片组装制得的锂离子电池，即使在极端条件下该电池也不会发生火灾或爆炸。

Description

一种提高锂离子电池安全性的正极极片及高安全性锂离子 电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其是涉及一种提高锂离子电池安全性的正极极片及锂离子电池。
背景技术
锂离子电池作为一种新型的移动式储能装置，近20年来已广泛应用于固定式储能、便携式电子设备、电动工具以及插电式混合动力汽车或插电式电动汽车等大型大功率系统中。随着能源结构的转变和大型电气设备的更新换代，锂电池无疑给人们的生活带来了巨大的变化和便利，但同时，其安全问题也一直存在，甚至更为严峻，尤其是高能量密度的锂电池的出现。
层状正极材料LiMO2(M为镍、钴、锰、铁、钒、钛等元素中的一种或多种)，如镍钴锰三元材料LimNixCoyMnzO2(1.5>m>0.5)，镍钴铝三元材料LimNixCoyAlzO2(1.5>m>0.5)，钴酸锂LiCoO2，以及富锂锰基正极材料xLi2MnO3-(1-x)LiMO2(M为镍、钴、锰、铁、钒、钛等元素中的一种或多种，1>x>0)，Li1+(x/(2+x))MnO1-(x/(2+x))O2(M为镍、钴、锰、铁、钒、钛等元素中的一种或多种，1>x>0)，yLi[Li1/3Mn2/3]O2-(1-y)LiMO2(M为镍、钴、锰、铁、钒、钛等元素中的一种或多种，1>y>0)等，以及尖晶石类正极材料LiM2O4(M为镍、钴、锰、铁、钒、钛等元素中的一种或多种)，如LiMn2O4和LiNixMnyO4等，具备克容量高，压实密度大，循环性能好等优势，是目前高能量密度电池开发的首选正极材料。但是上述层状正极材料，尤其是高镍三元材料，存在热稳定性较差和高温释放氧气等问题，极大地限制了这些材料在锂离子电池中的安全使用。因此，迫切需要提高高能量密度锂电池的安全性，以获得更广泛的应用。
针对高能量密度电池安全性的提高，现有技术中主要从材料角度和电池设计的角度对锂离子电池进行相应的改进。从材料角度，表面包覆和元素掺杂改性已被广泛地用于改善层状氧化物正极材料的结构稳定性和热稳定性，如通过表面包覆导电聚合物(PPY、PANI等)、金属氧化物(V2O5、Al2O3等)和磷酸盐(AlPO4、LiP3PO4等)增加正极材料的结构稳定性和热稳定性；中国专利公告号CN107994212A于2018年5月4日公开了一种锂离子电池层状正极材料及其制备方法，其在高镍三元材料表面设置氧化硼包覆层以提高层状正极材料的结构稳定性和热稳定性，但是其电池安全性的改善有限，只能提高10摄氏度左右的正极材料分解温度。从电池设计的角度来看，采用高热稳定性的陶瓷材料(CN 108963189A)以提高电池的整体安全性，如中国专利公告号CN108963189A于2018年12月7日公开了一种高安全性的锂离子电池正极片及其锂离子电池，其通过在正极片的最外层设置耐热陶瓷涂层以提高电池的安全性，但是其一定程度上损失了正极极片的性能；采用高阻燃性的电解液添加剂以提高电池的整体安全性，如中国专利公告号CN109417188A于2019年3月1号公开了一种用于提高锂离子电池中的安全性的方法以及安全性提高的锂离子电池，其采用在电解液中添加一种或多种安全及以提高电池整体的安全性，但是这会大大降低电池的电化学性能表现。
发明内容
为解决现有技术中锂离子电池存在的安全性问题及现有技术针对锂离子电池安全性问题进行改进带来的安全性改善效果非常有限、安全性提高的同时降低了电化学性能表现的问题，本发明提供了一种在锂离子电池正极片集流体与活性层之间设置稳定层在保证锂离子电池电化学性能表现不劣化同时大大提高锂离子电池安全性的正极极片。
本发明还提供了一种包含上述提高锂离子电池安全性正极极片的高安全性锂离子电池。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种提高锂离子电池安全性的正极极片，其由集流体及设于集流体单侧或两侧的活性物质层组成，活性物质层由稳定层和活性层交错堆叠组成，活性物质层中与集流体接触的一层为稳定层，活性物质层中设有至少一个稳定层和至少一个活性层。
本发明创造性的主要体现在于集流体和活性层之间设置稳定层，但是对于具体实际中，可以根据需要在活性物质层中设置多个稳定层和/或多个活性层，其中稳定层和活性物质层交错堆叠形成活性物质层，举例而言，也就是可以形成集流体-稳定层-活性层、集流体-稳定层-活性层-稳定层和集流体-稳定层-活性层-稳定层-活性层等等类似的结构，但是在本发明所有正极结构中与集流体相接触的一层必须为稳定层，同时也必须设有至少一个稳定层和至少一个活性层；在设置多层稳定层和/或多层活性层的情况中，多个稳定层中的稳定层材料可以根据实际需求选用相同的稳定层材料也可以选用不同的稳定层材料，多个活性层中的活性层材料也可以根据实际需求选用相同的活性层材料也可以选用不同的活性层材料。
作为优选，稳定层的厚度为0.5～100μm，活性层的厚度为10～300μm。
作为优选，稳定层为单层或多层稳定层，活性层为单层或多层活性层。
本发明中，在一个稳定层中也可以设置有不同稳定层材料制得的多个稳定层子层，即该稳定层为多层稳定层结构，同样的活性层也可以采用类似的结构；当然在多层稳定层结构中，相邻稳定层子层的稳定层材料不相同；对于多层活性层结构，相邻活性层子层的活性层材料也不相同。
作为优选，稳定层包含稳定层材料。
作为优选，稳定层材料为尖晶石类化合物LiM2O4、硅酸盐类化合物Li2MSiO4、Tavorite化合物LiMPO4F、含锂化合物LiyMPO4或可锂化有机聚合物正极材料中的至少一种。
所述尖晶石类化合物LiM2O4、硅酸盐类化合物Li2MSiO4、Tavorite化合物LiMPO4F和含锂化合物LiyMPO4中，M为Ni、Co、Mn、Fe、V、Ti、Al、Mg、Ca、Ce、Sn、Se、Te或Bi中的至少一种，其中含锂化合物LiyMPO4中0.9>y≥0。
作为优选，可锂化有机聚合物正极材料为三苯胺基聚合物、有机羰基化合物、多环芳烃化合物、共价有机框架材料或含硫脲基的聚苯乙炔中的至少一种。
作为优选，稳定层由稳定层材料、导电剂和粘结剂组成。
本发明中的稳定层材料为尖晶石类化合物LiM2O4(M为Ni、Co、Mn、Fe、V、Ti、Al、Mg、Ca、Ce、Sn、Se、Te或Bi中的至少一种)，如LiMn2O4和LiNixMnyO4等，硅酸盐类化合物Li2MSiO4(M为Ni、Co、Mn、Fe、V、Ti、Al、Mg、Ca、Ce、Sn、Se、Te或Bi中的至少一种)，Tavorite化合物LiMPO4F(M为Ni、Co、Mn、Fe、V、Ti、Al、Mg、Ca、Ce、Sn、Se、Te或Bi中的至少一种)，硼酸盐化合物LiMBO3(M为Ni、Co、Mn、Fe、V、Ti、Al、Mg、Ca、Ce、Sn、Se、Te或Bi中的至少一种)，含锂化合物LiyMPO4(M为Ni、Co、Mn、Fe、V、Ti、Al、Mg、Ca、Ce、Sn、Se、Te或Bi中的至少一种，0.9>y≥0)，可锂化有机或聚合物正极材料，例如三苯胺基聚合物、有机羰基化合物、多环芳烃化合物、共价有机框架(COF)或含硫脲基的聚苯乙炔等其中的一种或多种。
本发明中采用热力学更稳定的可锂化化合物或含锂化合物作为稳定层材料，其能够提高安全性，同时由于其可以提供锂源，因此其对锂离子电池的电化学性能不产生不利影响，甚至可以一定程度提高电化学性能，如一定程度提高锂离子电池能量密度。
作为优选，活性层包含活性层材料。
作为优选，活性层由活性层材料、导电剂和粘结剂组成。
本发明的创造性体现在在集流体和活性层之间设置稳定层以提高锂离子电池正极极片的机械强度、热稳定性，该结构对于所有种类的锂离子电池都是适用的，因此上述活性层材料可所有现有的或者未来可能会有的锂离子电池正极材料，如层状无机正极材料LiMO2(M为镍、钴、锰、铝、铁、钒、钛等元素中的一种或多种)，如镍钴锰三元材料LimNixCoyMnzO2(1.5>m>0.5)，镍钴铝三元材料LimNixCoyAlzO2(1.5>m>0.5)，钴酸锂LiCoO2，以及富锂锰基正极材料，如xLi2MnO3-(1-x)LiMO2(M为镍、钴、锰、铝、铁、钒、钛等元素中的一种或多种，1>x>0)、Li1+(x/(2+x))MnO1-(x/(2+x))O2(M为镍、钴、锰、铝、铁、钒、钛等元素中的一种或多种，1>x>0)、yLi[Li1/3Mn2/3]O2-(1-y)LiMO2(M为镍、钴、锰、铝、铁、钒、钛等元素中的一种或多种，1>y>0)等，以及尖晶石类正极材料LiM2O4(M为镍、钴、锰、铝、铁、钒、钛等元素中的一种或多种)，如LiMn2O4和LiNixMnyO4等其中的一种或多种。
作为优选，稳定层为单层或多层稳定层。
作为优选，多层稳定层中，设有多个稳定层子层，相邻的稳定层子层中的稳定层材料不相同。
作为优选，活性层为单层或多层活性层。
作为优选，多层活性层中，设有多个活性层子层，相邻的活性层子层中的活性层材料不相同。
本发明中的多层稳定层结构的意思是，在一个稳定层结构中具有多个稳定层子层，这些稳定层子层中相邻的稳定层子层采用不同的稳定层结构，若相邻的稳定层子层采用相同的稳定层结构，那相当于这相邻的两个稳定层子层实际上是同一个稳定层子层结构；采用多层稳定层结构并不影响在这个正极极片中采用一个或多个稳定层；对于活性层也是类似的情况。
稳定层和活性层原料中的导电剂和粘结剂为本领域常用的或不常用的导电剂、粘结剂，例如其中导电剂可以为super P、乙炔黑、DENKAblack、科琴黑(Ketjenblack)、碳纳米纤维(VGCF)、单臂或多臂碳纳米管(CNTs)、石墨或石墨烯等单独使用或混合使用或复合使用，粘合剂为聚乙烯醇(PVA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯酸钠(PAA-Na)和羧甲基纤维素钠(CMC)等各种可以起到粘结作用的材料。此外在稳定剂和活性层制备过程中会使用溶剂溶解/分散/混合相应的组分，这些溶剂可以为水、异丙醇、乙醇、正丁醇、正戊醇和1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)等各种可以起到溶剂作用的组分，但在稳定层和活性层制备完成后，溶剂经烘干被除去。
对于本发明中正极极片的制备，可以通过在集流体上喷涂或转移式涂布同时制备单个或多个稳定层及单个或多个活性层制得本发明中的高安全性正极极片。
具体而言，对于单个稳定层和单个活性层的正极结构，将稳定层材料与导电剂、粘结剂、溶剂按比例混合制备成稳定层浆料，将活性层材料与导电剂、粘结剂、溶剂按比例混合制备成活性层浆料，将制备好的稳定层浆料和活性层浆料通过喷涂或转移式涂布方法及设定好的正极片结构逐层或同步涂至集流体表面，制成含有单个稳定层和单个活性层的高安全性正极极片；
对于两个稳定层和两个活性层的正极结构，将稳定层材料与导电剂、粘结剂、溶剂按比例混合制备成稳定层浆料，将活性层材料与导电剂、粘结剂、溶剂按比例混合制备成活性层浆料，将制备好的稳定层浆料和活性层浆料通过喷涂或转移式涂布方法及设定好的正极片结构逐层或同步涂至集流体表面，得含有两个稳定层和两个活性层的高安全性正极极片；
对于正极极片中采用多层稳定层的结构，即在单个稳定层为多层稳定层的情况，也采用类似的方法涂布多层稳定层；对于采用多层活性层，即在单个活性层为多层活性层的情况，也采用类似的方法涂布活性层；
对于其他包含在本发明中的正极极片结构，也可以采用对上述方法进行适应性调整后的制备方法制得。
一种高安全性锂离子电池，其正极极片为上述的提高锂离子电池安全性的正极极片。
因此，本发明具有以下有益效果：本发明通过至少在锂离子电池正极极片的集流体与活性层之间设置一个稳定层，既可提高极片的机械强度和热稳定性，又可避免电芯在穿刺和挤压过程中正负极直接接触，引发热失控。应用本发明实施例，可制成一具有双层或多层涂布结构的锂离子电池正极材料及锂离子电池，即使在极端条件下该电池也不会发生火灾或爆炸，且能有效提高电芯的电化学性能。
附图说明
图1为本发明实施例1～7中正极极片的示意图；
图2为本发明实施例8中正极极片的示意图；
图3为本发明实施例9中正极极片的示意图；
图4为本发明实施例10中正极极片的示意图；
图5为本发明实施例11中正极极片的示意图；
图6为本发明对比例1中正极极片的示意图；
图7为本发明对比例2中正极极片的示意图；
图8为本发明对比例3中正极极片的示意图；
图9为本发明对比例4中正极极片的示意图；
图中：集流体1，稳定层2，多层稳定层21，活性层3，多层活性层31，由包覆活性材料制得的活性层32，陶瓷层4。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。
显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明中，若非特指，所有的设备和原料均可从市场上购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。
实施例1
一种提高锂离子电池安全性的正极极片，其由依次设于集流体上的一个稳定层和一个活性层组成，其中稳定层由按照LiMn2O4：PVDF：C65＝80：10：10重量比制备且固含量为10wt％的稳定层浆料涂于12μm厚的铝箔上经烘干制得；活性层由按照LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2：PVDF：super P＝96：2：2的重量比制备且固化量为76wt％活性层浆料涂于稳定层上经烘干制得，活性层的负载密度为380g/m2，稳定层的厚度为10μm，活性层的厚度为60μm。在获得稳定层和活性层之后，经过干燥、碾压、冲片制得提高锂离子电池安全性的正极极片，如图1所示。
实施例2
一种提高锂离子电池安全性的正极极片，其由依次设于集流体上的一个稳定层和一个活性层组成，其中稳定层由按照LiFeSiO4：PVDF：C65＝80：10：10重量比制备且固含量为10wt％的稳定层浆料涂于12μm厚的铝箔上经烘干制得；活性层由按照LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2：PVDF：super P＝96：2：2的重量比制备且固化量为76wt％活性层浆料涂于稳定层上经烘干制得，活性层的负载密度为380g/m2，稳定层的厚度为10μm，活性层的厚度为60μm。在获得稳定层和活性层之后，经过干燥、碾压、冲片制得提高锂离子电池安全性的正极极片，如图1所示。
实施例3
一种提高锂离子电池安全性的正极极片，其由依次设于集流体上的一个稳定层和一个活性层组成，其中稳定层由按照LiCoPO4F：PVDF：C65＝80：10：10重量比制备且固含量为10wt％的稳定层浆料涂于12μm厚的铝箔上经烘干制得；活性层由按照LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2：PVDF：super P＝96：2：2的重量比制备且固化量为76wt％活性层浆料涂于稳定层上经烘干制得，活性层的负载密度为380g/m2，稳定层的厚度为10μm，活性层的厚度为60μm。在获得稳定层和活性层之后，经过干燥、碾压、冲片制得提高锂离子电池安全性的正极极片，如图1所示。
实施例4
一种提高锂离子电池安全性的正极极片，其由依次设于集流体上的一个稳定层和一个活性层组成，其中稳定层由按照LiFeBO3：PVDF：C65＝80：10：10重量比制备且固含量为10wt％的稳定层浆料涂于12μm厚的铝箔上经烘干制得；活性层由按照LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2：PVDF：super P＝96：2：2的重量比制备且固化量为76wt％活性层浆料涂于稳定层上经烘干制得，活性层的负载密度为380g/m2，稳定层的厚度为10μm，活性层的厚度为60μm。在获得稳定层和活性层之后，经过干燥、碾压、冲片制得提高锂离子电池安全性的正极极片，如图1所示。
实施例5
一种提高锂离子电池安全性的正极极片，其由依次设于集流体上的一个稳定层和一个活性层组成，其中稳定层由按照FeMnPO4：PVDF：C65＝80：10：10重量比制备且固含量为10wt％的稳定层浆料涂于12μm厚的铝箔上经烘干制得；活性层由按照LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2：PVDF：super P＝96：2：2的重量比制备且固化量为76wt％活性层浆料涂于稳定层上经烘干制得，活性层的负载密度为380g/m2，稳定层的厚度为10μm，活性层的厚度为60μm。在获得稳定层和活性层之后，经过干燥、碾压、冲片制得提高锂离子电池安全性的正极极片，如图1所示。
实施例6
一种提高锂离子电池安全性的正极极片，其由依次设于集流体上的一个稳定层和一个活性层组成，其中稳定层由按照Li0.4MnPO4：PVDF：C65＝80：10：10重量比制备且固含量为10wt％的稳定层浆料涂于12μm厚的铝箔上经烘干制得；活性层由按照LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2：PVDF：super P＝96：2：2的重量比制备且固化量为76wt％活性层浆料涂于稳定层上经烘干制得，活性层的负载密度为380g/m2，稳定层的厚度为10μm，活性层的厚度为60μm。在获得稳定层和活性层之后，经过干燥、碾压、冲片制得提高锂离子电池安全性的正极极片，如图1所示。
实施例7
一种提高锂离子电池安全性的正极极片，其由依次设于集流体上的一个稳定层和一个活性层组成，其中稳定层由固含为10wt％的聚三苯胺溶液涂于12μm厚的铝箔上经烘干制得；活性层由按照LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2：PVDF：super P＝96：2：2的重量比制备且固化量为76wt％活性层浆料涂于稳定层上经烘干制得，活性层的负载密度为380g/m2，稳定层的厚度为10μm，活性层的厚度为60μm。在获得稳定层和活性层之后，经过干燥、碾压、冲片制得提高锂离子电池安全性的正极极片，如图1所示。
实施例8
一种提高锂离子电池安全性的正极极片，其由依次设于集流体上的两个稳定层和一个活性层组成，其中第一个稳定层由按照LiCoPO4F：PVDF：C65＝80：10：10重量比制备且固含量为10wt％的稳定层浆料涂于12μm厚的铝箔上经烘干制得；活性层由按照LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2：PVDF：super P＝96：2：2的重量比制备且固化量为76wt％活性层浆料涂于第一个稳定层上经烘干制得，活性层的负载密度为380g/m2；第二个稳定层由按照LiCo2O4：PVDF：C65＝80：10：10重量比制备且固含量为10wt％的稳定层浆料涂于活性层上经烘干制得；第一个和第二个稳定层的厚度均为10μm，活性层的厚度为60μm。在获得稳定层和活性层之后，经过干燥、碾压、冲片制得提高锂离子电池安全性的正极极片，如图2所示。
实施例9
一种提高锂离子电池安全性的正极极片，其由依次设于集流体上的一个多层稳定层(两层)和一个单层活性层组成，按照LiCoPO4F：PVDF：C65＝80：10：10重量比制备且固含量为10wt％的稳定层浆料，按照LiCo2O4：PVDF：C65＝80：10：10重量比制备且固含量为10wt％的另一种稳定层浆料；将两种稳定层料浆按1：1的重量比依次涂于12μm厚的铝箔上并经烘干制得厚度为20μm的多层稳定层(两层)；之后按照LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2：PVDF：super P＝96：2：2的重量比制备且固化量为76wt％活性层浆料，将活性层浆料涂于多层稳定层上经烘干制得活性层，活性层的负载密度为380g/m2，活性层的厚度为60μm。在获得稳定层和活性层之后，经过干燥、碾压、冲片制得提高锂离子电池安全性的正极极片，如图3所示。
实施例10
一种提高锂离子电池安全性的正极极片，其由依次设于集流体上的一个单层稳定层和一个多层活性层(两层)组成，其中稳定层由按照LiCoPO4F：PVDF：C65＝80：10：10重量比制备且固含量为10wt％的稳定层浆料涂于12μm厚的铝箔上经烘干制得，稳定层的厚度为10μm；由按照LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2：PVDF：super P＝96：2：2的重量比制备且固化量为76wt％活性层浆料，按照LiNi0.8Co0.1Al0.1O2：PVDF：super P＝96：2：2的重量比制备且固化量为76wt％另一种活性层浆料，将两种活性层料浆按1：1的重量比依次涂于稳定层上并经烘干制得厚度为60μm的多层活性层(两层)，活性层的负载密度为380g/m2。在获得稳定层和活性层之后，经过干燥、碾压、冲片制得提高锂离子电池安全性的正极极片，如图4所示。
实施例11
一种提高锂离子电池安全性的正极极片，其由依次设于集流体上的两个稳定层和两个活性层交错堆叠组成，其中第一个稳定层由按照LiMn2O4：PVDF：C65＝80：10：10重量比制备且固含量为10wt％的稳定层浆料涂于12μm厚的铝箔上经烘干制得；第一活性层由按照LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2：PVDF：super P＝96：2：2的重量比制备且固化量为76wt％活性层浆料涂于第一个稳定层上经烘干制得；第二个稳定层由按照LiMn2O4：PVDF：C65＝80：10：10重量比制备且固含量为10wt％的稳定层浆料涂于第一个活性层上经烘干制得；第二个活性层由按照LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2：PVDF：super P＝96：2：2的重量比制备且固化量为76wt％活性层浆料涂于第二个稳定层上经烘干制得；第一个和第二个活性层的负载密度均为为190g/m2，第一个和第二个稳定层的厚度均为10μm，第一个和第二个活性层的厚度均为30μm。在获得稳定层和活性层之后，经过干燥、碾压、冲片制得提高锂离子电池安全性的正极极片，如图5所示。
对比例1
按LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2：PVDF：super P＝96：2：2的重量百分比制备活性层浆料。将固含为76wt％的活性层浆涂于12μm厚的铝箔上，获得负载密度为380g/m2的活性层。经过干燥、碾压、冲片，得到正极片，如图6所示。
对比例2
按LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2：PVDF：super P＝96：2：2的重量比制备活性层浆料。将固含为涂覆含76wt％的活性层浆料涂于12μm厚的铝箔上，获得负载密度为380g/m2的活性层。按照LiMn2O4：PVDF：C65＝80：10：10的重量比制备稳定层浆料。通过在活性层表面涂覆固含为10wt％的稳定层料浆，获得厚度为10μm的稳定层，经过干燥、碾压、冲片，得到正极片，如图7所示。
对比例3
按包覆LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2：PVDF：super P＝96：2：2的重量百分比制备活性层浆料。将固含为76wt％的活性层浆涂于12μm厚的铝箔上，获得负载密度为380g/m2的活性层。经过干燥、碾压、冲片，得到正极片。其中包覆LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料按照中国专利公告号CN107994212A中说明书实施例4步骤S2～S3(即其说明书【0041】至【0043】段)中记载的步骤及参数对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2进行改性处理获得，如图8所示。
对比例4
按LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2：PVDF：super P＝96：2：2的重量百分比制备活性层浆料。将固含为76wt％的活性层浆涂于12μm厚的铝箔上，获得负载密度为380g/m2的活性层，之后在活性层外侧设置10μm的Al2O3陶瓷层。经过干燥、碾压、冲片，得到正极片，如图9所示。
性能表征
1.锂离子电池制备：
其中正极极片采用上述实施例1～8及对比例1～4中的正极片，
负极极片为按石墨:super P:CMC:SBR＝96.5:1.0:1.0:1.5的重量比制备负极浆料，转移到至铜箔上，负载密度为280g/m2。经过烘烤、碾压、冲片，得到负极片；
电解液采用
隔膜采用16μm聚乙烯；
制作好的正负极片，按照正极、16μm聚乙烯隔膜、负极极片顺序层层叠放，焊接极耳、注液、封装后制成锂离子电池电芯。
由上述方法制得实施例1～8及对比例1～4测试用锂离子电池。
2.锂离子电池电化学性能检测：
常温循环测试：0.5C恒流恒压充至4.2V，0.05C截止；搁置十分钟；0.5C放电至2.7V；搁置十分钟。
高温存储实验：将电芯充至100％SOC，置于60℃恒温烘箱中高温存储。
3.锂离子电池安全性能检测：
针刺、过充、热冲击及短路等滥用实验参照GB/T 31485-2015电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法。
4.锂离子电池电化学性能及安全性能检测结果：
检测结果如表1所示；
表1实施例及对比例正极极片制得锂离子电池的电化学性能及安全性能
Figure BDA0002320662780000101
由上表1中的测试结果可以看出，实施例1～10与对比例1比较，可以得知，与现有技术中常见的仅在集流体上设置活性层的锂离子电池正极极片相比，本发明中的锂离子电池正极极片在安全性能上具有显著的提高，并且对包括电池循环性能在内的电化学性能影响不大；
对比例2中，将稳定层设置与活性层之外，即与集流体相接触的是活性层而非本发明中的稳定层，由测试结果可以知晓，该种设置对锂离子电池的安全性能没有提高；
对比例3为按照中国专利公告号CN107994212A中方法并制得的锂离子电池正极，由对比可以得知，其虽然能够在一定程度上提升锂离子安全性，但是对于抗热冲击、抗针刺等安全性能并没有显著提升；
对比例4中，在正极极片活性层之外设置了Al2O3陶瓷片，虽然其安全性能具有显著提高，但是其使得锂离子电池的电化学性能产生了显著的劣化。
而本发明中的正极极片与上述对比例及其他现有技术中的正极极片相比，其应用于锂离子电池中后在不影响电池循环性能的情况下，可显著提高锂离子电池的过充、抗热冲击、针刺及高温存储等性能。
应当理解的是，对于本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种提高锂离子电池安全性的正极极片，其特征在于：
其由集流体及设于集流体单侧或两侧的活性物质层组成，所述的活性物质层由稳定层和活性层交错堆叠组成，所述活性物质层中与集流体接触的一层为稳定层，所述活性物质层中设有至少一个稳定层和至少一个活性层。
2.根据权利要求1所述的一种提高锂离子电池安全性的正极极片，其特征在于：
所述稳定层包含稳定层材料。
3.根据权利要求1所述的一种提高锂离子电池安全性的正极极片，其特征在于：
所述稳定层材料为尖晶石类化合物LiM2O4、硅酸盐类化合物Li2MSiO4、Tavorite化合物LiMPO4F、含锂化合物LiyMPO4或可锂化有机聚合物正极材料中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的一种提高锂离子电池安全性的正极极片，其特征在于：
所述尖晶石类化合物LiM2O4、硅酸盐类化合物Li2MSiO4、Tavorite化合物LiMPO4F和含锂化合物LiyMPO4中，M为Ni、Co、Mn、Fe、V、Ti、Al、Mg、Ca、Ce、Sn、Se、Te或Bi元素中的至少一种，其中含锂化合物LiyMPO4中0.9>y≥0，所述可锂化的有机聚合物正极材料为三苯胺基聚合物、有机羰基化合物、多环芳烃化合物、共价有机框架材料或含硫脲基的聚苯乙炔中的至少一种。
5.根据权利要求1或2所述的一种提高锂离子电池安全性的正极极片，其特征在于：
所述稳定层为单层或多层稳定层。
6.根据权利要求1所述的一种提高锂离子电池安全性的正极极片，其特征在于：
所述多层稳定层中，设有多个稳定层子层，相邻的稳定层子层中的稳定层材料不相同。
7.根据权利要求2所述的一种提高锂离子电池安全性的正极极片，其特征在于：
所述稳定层中还含有导电剂和粘结剂。
8.根据权利要求1所述的一种提高锂离子电池安全性的正极极片，其特征在于：
所述活性层包含活性层材料。
9.根据权利要求1或8所述的一种提高锂离子电池安全性的正极极片，其特征在于：
所述活性层为单层或多层活性层。
10.一种高安全性锂离子电池，其特征在于：
其正极极片为权利要求1～9任一所述的提高锂离子电池安全性的正极极片。
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