CN112563451A - 一种正极片及电池 - Google Patents
一种正极片及电池 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112563451A CN112563451A CN202011458797.1A CN202011458797A CN112563451A CN 112563451 A CN112563451 A CN 112563451A CN 202011458797 A CN202011458797 A CN 202011458797A CN 112563451 A CN112563451 A CN 112563451A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- transition layer
- current collector
- positive electrode
- layer
- battery
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 151
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 94
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims abstract description 44
- GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K lithium iron phosphate Chemical compound [Li+].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 39
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 24
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 claims description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- QHGJSLXSVXVKHZ-UHFFFAOYSA-N dilithium;dioxido(dioxo)manganese Chemical compound [Li+].[Li+].[O-][Mn]([O-])(=O)=O QHGJSLXSVXVKHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 23
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 abstract description 23
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 abstract description 6
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 abstract description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 31
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 31
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 14
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 12
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 11
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 10
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 9
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 8
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 6
- 239000011267 electrode slurry Substances 0.000 description 6
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 6
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 6
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 4
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 4
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 4
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 4
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000003273 ketjen black Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 229920001495 poly(sodium acrylate) polymer Polymers 0.000 description 4
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 4
- 239000004584 polyacrylic acid Substances 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- NNMHYFLPFNGQFZ-UHFFFAOYSA-M sodium polyacrylate Chemical compound [Na+].[O-]C(=O)C=C NNMHYFLPFNGQFZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 4
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 4
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 3
- DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N acetic acid;2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal;sodium Chemical compound [Na].CC(O)=O.OCC(O)C(O)C(O)C(O)C=O DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 2
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 2
- 229910000625 lithium cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002102 lithium manganese oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido(oxo)cobalt Chemical compound [Li+].[O-][Co]=O BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VLXXBCXTUVRROQ-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido-oxo-(oxomanganiooxy)manganese Chemical compound [Li+].[O-][Mn](=O)O[Mn]=O VLXXBCXTUVRROQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 2
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 description 2
- 229920006255 plastic film Polymers 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 235000019812 sodium carboxymethyl cellulose Nutrition 0.000 description 2
- 229920001027 sodium carboxymethylcellulose Polymers 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000012266 Needlestick injury Diseases 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 238000001467 acupuncture Methods 0.000 description 1
- 239000006256 anode slurry Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 1
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 150000003377 silicon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 1
- 150000003606 tin compounds Chemical class 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/362—Composites
- H01M4/366—Composites as layered products
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
- H01M4/505—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
- H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/5825—Oxygenated metallic salts or polyanionic structures, e.g. borates, phosphates, silicates, olivines
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
本发明提供一种正极片及电池，正极片包括：集流体，集流体的至少一侧表面上设有过渡层，过渡层上远离集流体的一侧表面设有活性层，过渡层中包括磷酸铁锂颗粒，活性层中包括正极活性材料颗粒；过渡层的厚度为L，L＝Lmax–Lmin，Lmax表示集流体的正中心到过渡层的上表面的最大距离，Lmin表示集流体的正中心到过渡层的下表面的最小距离；H表示正极活性材料颗粒中的最大颗粒嵌入过渡层的宽度，且满足29％≤H/L≤91％。将正极片应用于锂离子电池中，通过过渡层防止锂离子电池在受到挤压、碰撞或穿刺等异常情况时发生着火或产热，避免电池的能量密度和电池的循环性能降低，使得电池同时兼顾高安全、高能量密度以及良好循环性能。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种正极片及电池。
背景技术
锂离子电池广泛应用于移动电话、笔记本电脑、电动汽车等领域，然而，锂离子电池在受到挤压、碰撞或穿刺等异常情况时很容易发生着火、爆炸，从而引起严重危害，因此，锂离子电池的安全问题很大程度地限制了锂离子电池的应用和普及。在增加电池的安全性时容易导致电性能及能量密度牺牲较大，使得电池的能量密度和电池的循环性能降低，因此，迫切需求能够同时兼顾高安全、高能量密度以及良好循环性能的锂离子电池。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种正极片及电池，用以解决现有的电池无法同时兼顾高安全、高能量密度以及良好循环性能的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
第一方面，根据本发明实施例的正极片，包括：
集流体，所述集流体的至少一侧表面上设有过渡层，所述过渡层上远离所述集流体的一侧表面设有活性层，所述过渡层中包括磷酸铁锂颗粒，所述活性层中包括正极活性材料颗粒；
其中，所述过渡层的厚度为L，L＝Lmax–Lmin，Lmax表示所述集流体的正中心到所述过渡层的上表面的最大距离，Lmin表示所述集流体的正中心到所述过渡层的下表面的最小距离；
H表示所述正极活性材料颗粒中的最大颗粒嵌入所述过渡层的宽度，且满足29％≤H/L≤91％。
其中，所述集流体的两侧表面上分别设有所述过渡层。
其中，所述正极活性材料包括：磷酸铁锂、钴酸锂、三元材料、锰酸锂中的一种或多种。
其中，所述过渡层中包括第一粘结剂和第一导电剂，所述活性层中包括第二粘结剂和第二导电剂。
其中，所述过渡层中的磷酸铁锂颗粒部分嵌入到所述活性层中。
其中，所述活性层中的正极活性材料颗粒部分嵌入到所述过渡层中。
其中，所述过渡层中的磷酸铁锂颗粒部分嵌入到所述集流体中。
其中，所述过渡层的厚度为1-8um；和/或
所述活性层的厚度为40-50um。
其中，所述磷酸铁锂颗粒的D50粒径范围是0.3-2um，所述磷酸铁锂颗粒的D90粒径范围是1-8um；和/或
所述正极活性材料颗粒的D50粒径范围是5-20um，所述正极活性材料颗粒的D90粒径范围是12-40um。
第二方面，根据本发明实施例的电池，包括如上述实施例中所述的正极片。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
根据本发明实施例的正极片，集流体的至少一侧表面上设有过渡层，所述过渡层上远离所述集流体的一侧表面设有活性层，所述过渡层中包括磷酸铁锂颗粒，所述活性层中包括正极活性材料颗粒；所述过渡层的厚度为L，L＝Lmax–Lmin，Lmax表示所述集流体的正中心到所述过渡层的上表面的最大距离，Lmin表示所述集流体的正中心到所述过渡层的下表面的最小距离；H表示所述正极活性材料颗粒中的最大颗粒嵌入所述过渡层的宽度，且满足29％≤H/L≤91％。在本发明的正极片中，通过在集流体的至少一侧表面上设有过渡层，过渡层上远离所述集流体的一侧表面设有活性层，使得在集流体和活性层之间设置过渡层，过渡层中包括磷酸铁锂颗粒，活性层中包括正极活性材料颗粒，将正极片应用于锂离子电池中，通过过渡层能够防止锂离子电池在受到挤压、碰撞或穿刺等异常情况时发生着火或产热，保证电池的安全性，过渡层中的磷酸铁锂颗粒能够避免电池的能量密度和电池的循环性能降低，能够使得电池同时兼顾高安全、高能量密度以及良好循环性能，满足实际需求。
附图说明
图1为本发明实施例的正极片的一个结构示意图。
附图标记
集流体10；
过渡层20；
活性层30。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面具体描述根据本发明实施例的正极片。
如图1所示，根据本发明实施例的正极片包括集流体10，集流体10的至少一侧表面上设有过渡层20，过渡层20上远离集流体10的一侧表面设有活性层30，过渡层20中包括磷酸铁锂颗粒，活性层30中包括正极活性材料颗粒；其中，所述过渡层的厚度为L，L＝Lmax–Lmin，Lmax表示所述集流体的正中心到所述过渡层的上表面的最大距离，Lmin表示所述集流体的正中心到所述过渡层的下表面的最小距离；H表示所述正极活性材料颗粒中的最大颗粒嵌入所述过渡层的宽度，且满足29％≤H/L≤91％。
也就是说，正极片主要由集流体10组成，其中，集流体10可以为铝箔，在集流体10的一侧表面上可以设有过渡层20，或者在集流体10的两侧表面上可以分别设有过渡层20，在过渡层20中具有磷酸铁锂颗粒，在过渡层20上远离集流体10的一侧表面上设有活性层30，活性层30中可以具有正极活性材料颗粒，比如，正极活性材料颗粒可以包括磷酸铁锂、钴酸锂或锰酸锂。其中，所述过渡层的厚度为L，L＝Lmax–Lmin，比如，L可以满足1um≤L≤8um，Lmax表示所述集流体的正中心到所述过渡层的上表面的最大距离，Lmin表示所述集流体的正中心到所述过渡层的下表面的最小距离；H表示所述正极活性材料颗粒中的最大颗粒嵌入所述过渡层的宽度，且满足29％≤H/L≤91％，H/L可以定义为正极活性材料颗粒的嵌入度。通过合理控制颗粒嵌入度，可使过渡层物质具有较高的克容量发挥，保证了较高的能量密度；同时，过渡层的部分颗粒既能嵌入集流体，又能嵌入到正极活性层，正极活性层的部分颗粒也能嵌入过渡层，互相嵌入的机制保证了各层材料之间的充分电接触，减小了活性物质与集流体的接触阻抗，保证了良好的循环性能。在本发明的正极片中，通过在集流体10和活性层30之间设置过渡层20，过渡层20中包括磷酸铁锂颗粒，活性层30中包括正极活性材料颗粒，将正极片应用于锂离子电池中，通过过渡层20能够防止锂离子电池在受到挤压、碰撞或穿刺等异常情况时发生着火或产热，可以使得过渡层20能够较好地保护集流体(比如铝箔)，减少集流体断口边缘裸露造成的短路失控问题，保证电池的安全性，过渡层20中的磷酸铁锂颗粒能够避免电池的能量密度和电池的循环性能降低，能够使得电池同时兼顾高安全、高能量密度以及良好循环性能，满足实际需求。
在一些实施例中，集流体10的两侧表面上可以分别设有过渡层20，在每侧的过渡层20上远离集流体10的一侧表面上分别设有活性层30，通过过渡层20能够有效防止锂离子电池在受到挤压、碰撞或穿刺等异常情况时发生着火或产热，保证电池的安全性，有效避免电池的能量密度和电池的循环性能降低。
可选地，正极活性材料可以包括：磷酸铁锂、钴酸锂、三元材料、锰酸锂中的一种或多种，比如，正极活性材料可以包括磷酸铁锂或钴酸锂，正极活性材料可以包括磷酸铁锂与钴酸锂，具体可以根据实际需要合理选择。
在一些实施例中，过渡层20中可以包括第一粘结剂和第一导电剂，活性层30中可以包括第二粘结剂和第二导电剂。其中，第一导电剂可以包括导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、导电石墨、导电碳纤维、碳纳米管或金属粉中至少一种；第一粘结剂可以包括丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚丙烯酸锂、聚丙烯酸钠、聚偏氟乙烯中的至少一种，过渡层20中第一导电剂和第一粘结剂的种类和数量可以根据实际需要合理选择。第二导电剂可以包括导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、导电石墨、导电碳纤维、碳纳米管或金属粉中至少一种；第二粘结剂可以包括丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚丙烯酸锂、聚丙烯酸钠、聚偏氟乙烯中的至少一种。第一导电剂与第二导电剂可以相同或不同，第一粘结剂与第二粘结剂可以相同或不同，过渡层20和活性层30中的组分及含量可以根据实际需要合理选择。
在本发明的实施例中，过渡层20中的磷酸铁锂颗粒可以部分嵌入到活性层30中，比如，过渡层20中位于过渡层20的上表面的磷酸铁锂颗粒可以部分嵌入到活性层30中，能够保证过渡层20与活性层30之间的充分电接触。活性层30中的正极活性材料颗粒可以部分嵌入到过渡层20中，比如，活性层30中的位于活性层30的下表面的正极活性材料颗粒可以部分嵌入到过渡层20中，能够保证过渡层20与活性层30之间的充分电接触，减小了活性层30与集流体10的接触阻抗，保证了良好的循环性能。其中，过渡层20中的磷酸铁锂颗粒可以部分嵌入到集流体10中，比如，过渡层20中位于过渡层20的下表面的磷酸铁锂颗粒可以部分嵌入到集流体10中，能够保证过渡层20与集流体10之间的充分电接触，减小了接触阻抗，保证了良好的循环性能，通过合理控制不同层之间的颗粒嵌入度，可使过渡层物质具有较高的克容量发挥，保证了较高的能量密度。
可选地，过渡层20的厚度可以为1-8um；和/或活性层30的厚度可以为40-50um，过渡层20和活性层30的厚度可以根据实际需要合理选择。
可选地，磷酸铁锂颗粒的D50粒径范围是0.3-2um，磷酸铁锂颗粒的D90粒径范围是1-8um；和/或，正极活性材料颗粒的D50粒径范围是5-20um，正极活性材料颗粒的D90粒径范围是12-40um，具体可以根据实际需要合理选择。
在实际过程中，过渡层20的厚度可使用电子显微镜观察正极片截面测量所得，过渡层20的厚度可用L表示，L＝Lmax–Lmin，比如，L可以满足1≤L≤8um，其中，Lmax可以表示从集流体正中心到过渡层20上表面的最大距离，Lmin可以表示从集流体正中心到过渡层20下表面的最小距离。其中，过渡层20中的磷酸铁锂颗粒的D50粒径可以小于活性层30中正极活性材料的D50粒径。进一步的，嵌入过渡层20的最大颗粒的粒径大小可以表示为D，D可以满足10um≤D≤80um。H可以表示为正极活性材料颗粒中的最大颗粒嵌入过渡层的宽度，过渡层20可以满足下式：29％≤H/L≤91％，H/L可以定义为正极活性材料的嵌入度。通过合理控制颗粒嵌入度，可使过渡层物质具有较高的克容量发挥，保证了较高的能量密度；同时，过渡层的部分颗粒既能嵌入集流体，又能嵌入到正极活性物质层，正极活性物质层的部分颗粒也能嵌入安全过渡层，互相嵌入的机制保证了各层材料之间的充分电接触，减小了活性物质与集流体的接触阻抗，保证了良好的循环性能。
可以将上述实施例中的正极片与负极片、隔膜、电解液、外壳组成锂离子电池。其中，负极片中的活性材料可以为碳材料、硅、硅的化合物、钛酸锂、锡或锡的化合物中的一种或多种。
本发明实施例提供一种正极片的制备方法。
正极片的制备方法包括：
提供集流体10；
在集流体10的至少一侧表面上形成过渡层20；
在过渡层20上远离集流体10的一侧表面上形成活性层30；
其中，过渡层20中包括磷酸铁锂颗粒，活性层30中包括正极活性材料颗粒。其中，所述过渡层的厚度为L，L＝Lmax–Lmin，比如，L满足1um≤L≤8um，Lmax表示所述集流体的正中心到所述过渡层的上表面的最大距离，Lmin表示所述集流体的正中心到所述过渡层的下表面的最小距离；H表示所述正极活性材料颗粒中的最大颗粒嵌入所述过渡层的宽度，且满足29％≤H/L≤91％。
也就是说，先选择集流体10，在集流体10的一侧表面上形成过渡层20，或者在集流体10的两侧表面上分别形成过渡层20，然后在过渡层20上远离集流体10的一侧表面上形成活性层30，过渡层20中具有磷酸铁锂颗粒，活性层30中具有正极活性材料颗粒，比如，正极活性材料颗粒可以包括磷酸铁锂、钴酸锂或锰酸锂。其中，所述过渡层的厚度为L，L＝Lmax–Lmin，比如，L满足1um≤L≤8um，Lmax表示所述集流体的正中心到所述过渡层的上表面的最大距离，Lmin表示所述集流体的正中心到所述过渡层的下表面的最小距离；H表示所述正极活性材料颗粒中的最大颗粒嵌入所述过渡层的宽度，且满足29％≤H/L≤91％。根据上述方法制备的正极片，在集流体10和活性层30之间形成过渡层20，将正极片应用于锂离子电池中，通过过渡层20能够防止锂离子电池在受到挤压、碰撞或穿刺等异常情况时发生着火或产热，保证电池的安全性，过渡层20中的磷酸铁锂颗粒能够避免电池的能量密度和电池的循环性能降低，能够使得电池同时兼顾高安全、高能量密度以及良好循环性能，满足实际需求。
在一些实施例中，集流体10的两侧表面上分别形成过渡层20，可以在每侧的过渡层20上远离集流体10的一侧表面上分别形成活性层30，通过过渡层20能够有效防止锂离子电池在受到挤压、碰撞或穿刺等异常情况时发生着火或产热，有效避免电池的能量密度和电池的循环性能降低。
在本发明的实施例中，正极活性材料可以包括：磷酸铁锂、钴酸锂、三元材料、锰酸锂中的一种或多种，比如，正极活性材料可以包括磷酸铁锂或钴酸锂，具体可以根据实际需要合理选择。
在本发明的一些实施例中，过渡层20中可以包括第一粘结剂和第一导电剂，活性层30中可以包括第二粘结剂和第二导电剂。其中，第一导电剂可以包括导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、导电石墨、导电碳纤维、碳纳米管或金属粉中至少一种；第一粘结剂可以包括丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚丙烯酸锂、聚丙烯酸钠、聚偏氟乙烯中的至少一种。第二导电剂可以包括导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、导电石墨、导电碳纤维、碳纳米管或金属粉中至少一种；第二粘结剂可以包括丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚丙烯酸锂、聚丙烯酸钠、聚偏氟乙烯中的至少一种。第一导电剂与第二导电剂可以相同或不同，第一粘结剂与第二粘结剂可以相同或不同，过渡层20和活性层30中的组分及含量可以根据实际需要合理选择。
在一些实施例中，过渡层20中的磷酸铁锂颗粒可以部分嵌入到活性层30中，能够保证过渡层20与活性层30之间的充分电接触。活性层30中的正极活性材料颗粒可以部分嵌入到过渡层20中，能够保证过渡层20与活性层30之间的充分电接触，减小了活性层30与集流体10的接触阻抗，保证了良好的循环性能。可选地，过渡层20中的磷酸铁锂颗粒可以部分嵌入到集流体10中，比如，过渡层20中位于过渡层20的下表面的磷酸铁锂颗粒可以部分嵌入到集流体10中，能够保证过渡层20与集流体10之间的充分电接触，减小了接触阻抗，保证了良好的循环性能。
在本发明的实施例中，过渡层20的厚度可以为1-8um；和/或活性层30的厚度可以为40-50um，过渡层20和活性层30的厚度可以根据实际需要合理选择。可以合理控制过渡层20的厚度，使得过渡层20能够较好地保护集流体(比如铝箔)，减少集流体断口边缘裸露造成的短路失控问题，显著提高电池的安全性能。
在应用过程中，可以使用带有双模涂头的涂布机，该双模涂头与二个出料口有连通的供料通道，由高精度螺杆泵控制同时挤出两种不同的浆料，可以实现极片的双层同时涂布。可以将两种浆料同时涂布到铝箔的同侧，将过渡层浆料的浆料涂在集流体上一侧形成过渡涂层，含钴酸锂的活性浆料涂在过渡涂层上形成活性涂层，进行干燥；再涂布和干燥完成铝箔的另一侧，在集流体的另一侧的表面形成过渡涂层和活性涂层；使用辊压机进行辊压处理，过渡涂层形成过渡层，活性涂层形成活性层，从而制备得到含有过渡层的正极片。
本发明实施例提供一种电池，电池可以为锂离子电池，电池可以包括如上述实施例中所述的正极片。具有上述实施例中正极片的电池，能够同时兼顾高安全、高能量密度以及良好循环性能，满足实际需求。
下面通过一些具体的实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
正极片的制备：
将磷酸铁锂、粘结剂PVDF(聚偏氟乙烯)、导电炭黑分散在N-甲基吡咯烷酮中得到均匀的过渡层浆料；在过渡层浆料中，固体成分包含90wt％的磷酸铁锂、5wt％的粘结剂PVDF和5wt％导电炭黑；
将钴酸锂、粘结剂PVDF和导电炭黑分散在N-甲基吡咯烷酮中得到均匀的活性浆料；在活性浆料中，固体成分包含97wt％的钴酸锂、2wt％的粘结剂PVDF和1wt％的导电炭黑；
将上述制备好的两种浆料同时涂布到铝箔的同侧，过渡层浆料的浆料涂在在集流体上一侧形成过渡涂层，含钴酸锂的活性浆料涂在过渡涂层上形成活性涂层，干燥后集流体铝箔的一侧表面的过渡涂层的厚度为5±1um，活性涂层的厚度为45±1um；再涂布完成铝箔的另一侧，在集流体的另一侧的表面形成过渡涂层和活性涂层，然后干燥，干燥后集流体的两侧表面的过渡涂层、活性涂层的厚度相等；使用辊压机进行辊压处理，使得正极片的压实密度为4.1g/cm2，从而制备得到含有过渡层的正极片。
负极片的制备：
将石墨、粘结剂丁苯橡胶、增稠剂羧甲基纤维素钠和导电剂导电炭黑混合分散在去离子水中得到负极浆料；在负极浆料中，固体成分包含97wt％的石墨、1.5wt％的羧甲基纤维素钠、0.5wt％的导电炭黑、1wt％的丁苯橡胶，负极浆料中固含量为40～45wt％；
将负极浆料均匀地涂在铜箔的两侧表面上，经过90～130℃干燥6小时、辊压机辊压后，得到负极片。
制备锂离子电池：
将制备的正极片和负极片卷绕制成卷芯，采用铝塑膜封装，真空状态下烘烤24h去除水分后，注入电解液，再对电池进行化成、真空封口、分选，得到软包锂离子电池。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于：干燥后集流体铝箔的一侧表面的过渡涂层的厚度为7±1um。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于：正极片的压实密度为4.0g/cm2。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于：正极片的压实密度为4.2g/cm2。
实施例5
实施例5与实施例1的区别在于：正极片的压实密度为3.94g/cm2。
实施例6
实施例6与实施例1的区别在于：正极片的压实密度为4.23g/cm2。
对比例1
负极片的制备：
同实施例1中负极片的制备方法。
正极片的制备：
将钴酸锂、粘结剂PVDF(聚偏氟乙烯)和导电炭黑分散在N-甲基吡咯烷酮得到均匀的正极浆料；在正极浆料中，固体成分包含97wt％的钴酸锂、2wt％的粘结剂PVDF和1wt％的导电炭黑；
将上述制备好的正极浆料涂布到铝箔的同一侧，干燥后铝箔一侧正极涂层的厚度为50±2um；重复涂布和干燥完成铝箔的另一侧涂布；利用辊压机进行加压处理，使得正极片的压实密度为4.1g/cm2，从而完成正极片的制备。
制备锂离子电池：
将制备的正极片和负极片卷绕制成卷芯，采用铝塑膜封装，真空状态下烘烤24h去除水分后，注入电解液，再对电池进行化成、二封、分选，得到方形软包锂离子电池。
对比例2
对比例2与对比例1的区别在于：
正极片的压实密度为4.0g/cm2。
对比例3
对比例3与对比例1的区别在于：
正极片的压实密度为4.2g/cm2。
测试方法
(1)能量密度计算
在25±2℃恒温下，以0.7C恒流充电至4.45V，然后恒压充电，截止电流为0.05C，搁置10分钟，然后以0.5C放电，截止电压3V。记录容量、能量，即为循环的初始容量、初始能量，电池能量密度＝初始能量/电池体积。
(2)针刺测试
在25±2℃恒温下，以0.7C恒流充电至4.45V，然后恒压充电，截止电流为0.05C。搁置30分钟后在25±2℃下进行针刺试验。试验用4mm钢针，钢针穿刺速度为30mm/s，完全刺穿电池后钢针停止运动。若电池在接下来15分钟内，不起火、不爆炸，则为通过测试，针刺通过率＝通过数/测试总数。
(3)循环测试
在25±2℃恒温下，以0.7C恒流充电至4.45V，然后恒压充电，截止电流为0.05C，搁置10分钟，然后以0.5C放电，截止电压3V。充放电之间搁置10分钟。循环500次，记录容量并计算容量保持率，容量保持率＝循环500次容量/初始容量。
通过上述方法进行测试，实施例1-6以及对比例1-3中电池的测试结果如下表1。
表1测试结果
| 样品 | L(um) | H/L | 能量密度(mAh/L) | 针刺通过率 | 循环500圈容量保持率(％) |
| 实施例1 | 2.94 | 63％ | 703 | 90％ | 88％ |
| 实施例2 | 3.46 | 54％ | 684 | 100％ | 81％ |
| 实施例3 | 3.05 | 35％ | 698 | 80％ | 86％ |
| 实施例4 | 2.52 | 78％ | 705 | 70％ | 75％ |
| 实施例5 | 3.09 | 29％ | 701 | 50％ | 84％ |
| 实施例6 | 2.44 | 91％ | 707 | 60％ | 71％ |
| 对比例1 | / | / | 717 | 30％ | 90％ |
| 对比例2 | / | / | 709 | 20％ | 85％ |
| 对比例3 | / | / | 720 | 30％ | 76％ |
从表1的测试结果可以看出：实施例1-6中的锂离子电池具有能量密度较高、循环容量保持率较好、针刺通过率高的优点，可以同时兼顾高安全、高能量密度以及良好循环性能，满足实际需求。
除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种正极片，其特征在于，包括：
集流体，所述集流体的至少一侧表面上设有过渡层，所述过渡层上远离所述集流体的一侧表面设有活性层，所述过渡层中包括磷酸铁锂颗粒，所述活性层中包括正极活性材料颗粒；
其中，所述过渡层的厚度为L，L＝Lmax–Lmin，Lmax表示所述集流体的正中心到所述过渡层的上表面的最大距离，Lmin表示所述集流体的正中心到所述过渡层的下表面的最小距离；
H表示所述正极活性材料颗粒中的最大颗粒嵌入所述过渡层的宽度，且满足29％≤H/L≤91％。
2.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述集流体的两侧表面上分别设有所述过渡层。
3.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述正极活性材料包括：磷酸铁锂、钴酸锂、三元材料、锰酸锂中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述过渡层中包括第一粘结剂和第一导电剂，所述活性层中包括第二粘结剂和第二导电剂。
5.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述过渡层中的磷酸铁锂颗粒部分嵌入到所述活性层中。
6.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述活性层中的正极活性材料颗粒部分嵌入到所述过渡层中。
7.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述过渡层中的磷酸铁锂颗粒部分嵌入到所述集流体中。
8.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述过渡层的厚度为1-8um；和/或
所述活性层的厚度为40-50um。
9.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述磷酸铁锂颗粒的D50粒径范围是0.3-2um，所述磷酸铁锂颗粒的D90粒径范围是1-8um；和/或
所述正极活性材料颗粒的D50粒径范围是5-20um，所述正极活性材料颗粒的D90粒径范围是12-40um。
10.一种电池，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的正极片。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011458797.1A CN112563451A (zh) | 2020-12-11 | 2020-12-11 | 一种正极片及电池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011458797.1A CN112563451A (zh) | 2020-12-11 | 2020-12-11 | 一种正极片及电池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112563451A true CN112563451A (zh) | 2021-03-26 |
Family
ID=75062275
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011458797.1A Pending CN112563451A (zh) | 2020-12-11 | 2020-12-11 | 一种正极片及电池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112563451A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113422000A (zh) * | 2021-06-21 | 2021-09-21 | 宁德新能源科技有限公司 | 电化学装置和电子装置 |
| CN115621412A (zh) * | 2021-07-15 | 2023-01-17 | 比亚迪股份有限公司 | 锂离子电池正极片、制备方法及锂离子电池 |
| CN115692604A (zh) * | 2022-11-23 | 2023-02-03 | 江苏正力新能电池技术有限公司 | 一种正极片及其制备方法、电池 |
| CN115939304A (zh) * | 2022-06-23 | 2023-04-07 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 电极组件、电池单体、电池及用电设备 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102332558A (zh) * | 2011-03-22 | 2012-01-25 | 东莞新能源科技有限公司 | 锂离子电池及其正极极片 |
| CN108987671A (zh) * | 2018-08-13 | 2018-12-11 | 北京卫蓝新能源科技有限公司 | 一种高安全复合正极极片、其制备方法及其应用 |
| CN109461882A (zh) * | 2018-11-05 | 2019-03-12 | 宁德新能源科技有限公司 | 正极极片、电化学装置及包含其的电子装置 |
| EP3471177A1 (en) * | 2016-12-23 | 2019-04-17 | LG Chem, Ltd. | Negative electrode active material and negative electrode comprising same for electrochemical device |
| CN111900392A (zh) * | 2020-06-22 | 2020-11-06 | 珠海冠宇电池股份有限公司 | 一种正极片及含有该正极片的锂离子电池 |
-
2020
- 2020-12-11 CN CN202011458797.1A patent/CN112563451A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102332558A (zh) * | 2011-03-22 | 2012-01-25 | 东莞新能源科技有限公司 | 锂离子电池及其正极极片 |
| EP3471177A1 (en) * | 2016-12-23 | 2019-04-17 | LG Chem, Ltd. | Negative electrode active material and negative electrode comprising same for electrochemical device |
| CN108987671A (zh) * | 2018-08-13 | 2018-12-11 | 北京卫蓝新能源科技有限公司 | 一种高安全复合正极极片、其制备方法及其应用 |
| CN109461882A (zh) * | 2018-11-05 | 2019-03-12 | 宁德新能源科技有限公司 | 正极极片、电化学装置及包含其的电子装置 |
| CN111900392A (zh) * | 2020-06-22 | 2020-11-06 | 珠海冠宇电池股份有限公司 | 一种正极片及含有该正极片的锂离子电池 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113422000A (zh) * | 2021-06-21 | 2021-09-21 | 宁德新能源科技有限公司 | 电化学装置和电子装置 |
| CN113422000B (zh) * | 2021-06-21 | 2023-02-21 | 宁德新能源科技有限公司 | 电化学装置和电子装置 |
| CN115621412A (zh) * | 2021-07-15 | 2023-01-17 | 比亚迪股份有限公司 | 锂离子电池正极片、制备方法及锂离子电池 |
| CN115939304A (zh) * | 2022-06-23 | 2023-04-07 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 电极组件、电池单体、电池及用电设备 |
| CN115939304B (zh) * | 2022-06-23 | 2024-08-09 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 电极组件、电池单体、电池及用电设备 |
| CN115692604A (zh) * | 2022-11-23 | 2023-02-03 | 江苏正力新能电池技术有限公司 | 一种正极片及其制备方法、电池 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105958009B (zh) | 一种高安全性锂离子电池复合极片及其制备方法，锂离子电池 | |
| CN112563451A (zh) | 一种正极片及电池 | |
| EP3226325A1 (en) | Lithium ion battery and separator thereof | |
| EP3312908B1 (en) | Method for producing negative electrode | |
| JP2016103479A (ja) | リチウム電極の製造方法およびこれを含むリチウム二次電池 | |
| KR20220007260A (ko) | 급속충전 성능이 향상된 음극 및 리튬 이차전지 | |
| JP6838442B2 (ja) | 電極板の製造方法及び二次電池の製造方法 | |
| JP2023538082A (ja) | 負極およびこれを含む二次電池 | |
| JP2019175657A (ja) | リチウムイオン二次電池。 | |
| JP4830434B2 (ja) | 非水電解液二次電池用電極板、及び非水電解液二次電池 | |
| WO2024160163A1 (zh) | 电池 | |
| JP7006144B2 (ja) | 負極の製造方法 | |
| EP3518329B1 (en) | Secondary battery and cathode plate of thesame | |
| JP2018160379A (ja) | リチウムイオン二次電池用負極およびリチウムイオン二次電池 | |
| JP4971646B2 (ja) | 正極合剤含有組成物の製造方法、負極合剤含有組成物の製造方法、電池用正極の製造方法、電池用負極の製造方法、非水二次電池およびその製造方法 | |
| KR102056455B1 (ko) | 음극 및 이를 포함하는 이차 전지 | |
| JP2011049071A (ja) | リチウム二次電池とその製造方法 | |
| CN112563450B (zh) | 一种正极片及电池 | |
| JP2890839B2 (ja) | 非水電解液二次電池の充電方法 | |
| JP2003331823A (ja) | 非水電解質二次電池、およびその製造方法 | |
| JP2017107843A (ja) | 負極活物質、それを用いた負極及びリチウムイオン二次電池 | |
| JP2002083588A (ja) | リチウムイオン二次電池用正極合剤の製造方法 | |
| JP7570371B2 (ja) | 負極の製造方法 | |
| JP2020155378A (ja) | リチウムイオン二次電池用電解液、及びリチウムイオン二次電池 | |
| JP2014154295A (ja) | 二次電池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210326 |