CN112751002A - 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，所述正极片包括集流体和设置在集流体至少一表面的功能层，所述功能层的正极活性材料包括钴酸锂和三元材料；其中，所述功能层中三元材料的含量沿远离集流体的方向呈降低趋势。本发明提供的正极片，不仅具有较低的成本，而且兼具较高的能量密度以及良好的安全性和使用寿命等特性，进而能够提高电池的安全性和循环性等品质。
Description
技术领域
本发明涉及一种正极片及锂离子电池，属于锂离子电池领域。
背景技术
随着社会的发展，手机、笔记本电脑等便携式设备的使用越来越广泛，电池作为其重要的一部分，对于电池的安全性等品质要求也越来越高。锂离子电池具有平台电压高、循环寿命长、能量密度高、无记忆效应等优点，逐渐成为目前的主流趋势，其中，3C锂离子电池是上述便携式设备常用电池，其通常主要使用钴酸锂作为正极活性材料，但金属钴资源比较稀缺，成本也较高，在一定程度上限制了其产业化应用。
为尽量保证正极片的能量密度满足使用需求，同时降低成本，最直接的方式是在正极活性材料中掺混一些低成本材料，比较成熟的方式是向其中掺混三元材料(如镍钴铝/镍钴锰等)，即采用钴酸锂和三元材料共同作为正极活性材料。然而，三元材料结构稳定性较差，其中的镍等金属离子易脱出，并且易穿梭到负极，破坏负极的SEI膜，从而影响电池的安全性和循环性等品质，尤其是在高电压/高温等条件下，对电池品质影响更为严重。
发明内容
本发明提供一种正极片，能够有效提高电池的安全性和循环性等品质，克服上述现有技术所存在的缺陷。
本发明还提供一种锂离子电池，采用上述正极片，具有良好的安全性和循环性等品质。
本发明的一方面，提供一种正极片，包括集流体和设置在集流体至少一表面的功能层，该功能层的正极活性材料包括钴酸锂和三元材料；其中，功能层中三元材料的含量沿远离集流体的方向呈降低趋势。
根据本发明的一实施方式，所述功能层包括第一活性层和第二活性层，所述第一活性层位于集流体和第二活性层之间，所述第一活性层中的三元材料的含量高于第二活性层中的三元材料的含量。
根据本发明的一实施方式，所述第一活性层的正极活性材料中，三元材料的质量含量为1-100％；和/或，所述第二活性层的正极活性材料中，三元材料的质量含量为0-50％。
根据本发明的一实施方式，所述第二活性层中的三元材料的克容量不高于第一活性层中的三元材料的克容量；优选地，第一活性层中的三元材料的克容量为172-180mAh/g；和/或，第二活性层中的三元材料的克容量为165-172mAh/g。
根据本发明的一实施方式，所述三元材料包括镍钴铝三元材料和/或镍钴锰三元材料，所述第二活性层的正极活性材料中的镍含量不高于第一活性层的正极活性材料中的镍含量；优选地，所述第一活性层的正极活性材料中的镍含量为3-60％；和/或，所述第二活性层的正极活性材料中的镍含量为0-40％。
根据本发明的一实施方式，所述三元材料呈颗粒状，所述第二活性层中的三元材料的粒径小于第一活性层中的三元材料的粒径；优选地，第一活性层中的三元材料的Dv50为3-10μm；和/或，第二活性层中的三元材料的Dv50为2-8μm。
根据本发明的一实施方式，所述第一活性层的厚度为3μm～100μm；和/或，所述第二活性层的厚度为5μm～100μm。
根据本发明的一实施方式，所述功能层的正极活性材料中，钴酸锂的质量含量为50％～80％。
根据本发明的一实施方式，所述三元材料包括单晶材料和/或多晶材料。
本发明的另一方面，还提供一种锂离子电池，包括上述正极片。
本发明提供的正极片，通过特殊结构设计，能够实现兼顾提高正极片的能量密度、安全性和使用寿命等特性以及降低其成本，对于实际产业化应用具有重要意义；本发明提供的锂离子电池，采用上述正极片，具有良好的安全性和循环性等品质。
附图说明
图1为本发明一实施方式的正极片的剖面示意图；
附图标记说明：1：集流体；2：第一活性层；3、第二活性层。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的方案，下面对本发明作进一步地详细说明。
本发明的一方面，提供一种正极片，包括集流体和设置在集流体至少一表面的功能层，功能层的正极活性材料包括钴酸锂和三元材料；其中，该功能层中三元材料的含量沿靠近集流体至远离集流体的方向呈降低趋势。
本发明提供的正极片，在功能层中掺混钴酸锂和三元材料，能够实现在保证正极片能量密度的同时降低其成本，同时通过控制上述功能层中的三元材料的分布，能够有效提高正极片的安全性和稳定性等性能，从而提高电池的安全性、循环稳定性和容量等品质。更具体来说，发明人经研究分析认为，将上述正极片应用于电池时，通常功能层越远离正极集流体的区域电压越高，三元材料中的镍等金属离子越易脱出，通过设置上述三元材料特定分布的功能层，可以有效缓解三元材料的金属离子易脱出以及由此导致的正极片及电池的安全性和稳定性等性能差问题，尤其可缓解高电压/高温情况下对正极片和/或电池品质产生的不良影响。
具体地，上述功能层的正极活性材料中，钴酸锂的含量可以为50％～80％，进一步可以为60％-70％，余量为三元材料(20％-50％)，利于兼顾提高正极片的能量密度及循环性能等特性。
在本发明的一优选实施方式中，上述功能层包括第一活性层和第二活性层，第一活性层位于集流体和第二活性层之间，第一活性层中的三元材料的含量高于第二活性层中的三元材料的含量，该方式不仅可以提高正极片的安全性等性能，还可以利于正极片的制造，降低其成本，更利于实际工业化推广和应用。
进一步地，第一活性层的正极活性材料(以下记为第一正极活性材料)中，三元材料的质量含量可以为1-100％，进一步可以为10-60％或20-50％，例如可以是30％、40％、50％；和/或，第二活性层的正极活性材料(以下记为第二正极活性材料)中，三元材料的质量含量可以为0-50％，进一步可以为20-40％，例如可以为25％、30％、35％。意即，上述第一正极活性材料中，三元材料的质量含量不低于1％，例如可以全部是三元材料或者是包括钴酸锂和三元材料的混合材料；第二正极活性材料中，三元材料的质量含量不高于50％，例如可以全部是钴酸锂或者是包括钴酸锂和三元材料的混合材料。
对于三元材料来说，其克容量越低，该三元材料越耐高电压，循环性能越优异，但将低克容量的三元材料掺混到钴酸锂中，尤其是随着低克容量三元材料在钴酸锂中的掺混比例的增加(也即钴酸锂含量降低)，会在一定程度上影响正极片的能量密度；反之，随着三元材料克容量的提升，三元材料耐高电压性能降低，将高克容量三元材料掺混到钴酸锂中，不利于电池的循环性能，综合考虑上述因素，第二活性层中的三元材料的克容量不高于(一般低于)第一活性层中的三元材料的克容量，将正极片应用于电池时，通常功能层越远离正极集流体的区域电压越高，将高克容量三元材料掺混到第一活性层，将低克容量三元材料掺混到第二活性层，利于正极片具有耐高电压特性，从而改善钴酸锂中掺混三元材料后循环性能变差等问题。
进一步地，第一活性层中的三元材料的克容量一般可以为172-180mAh/g，比如可以为175mAh/g、177mAh/g、179mAh/g；和/或，第二活性层中的三元材料的克容量可以为165-172mAh/g，例如可以为168mAh/g、170mAh/g。
本发明可采用本领域常规三元材料，例如可以是常规镍钴锰三元材料或镍钴铝三元材料或二者的混合等，对此不做特别限定。
一般情况下，功能层中的镍元素含量越高，其容量越大，利于电池的循环稳定性等性能，然而，相对而言，三元材料中的镍离子更易脱出，对正极片及电池的安全性等品质影响较大，综合考虑该些影响因素，在本发明的一实施方式中，上述三元材料包括镍钴铝三元材料和/或镍钴锰三元材料，第二活性层的正极活性材料中的镍含量不高于(优选低于)第一活性层的正极活性材料中的镍含量，利于进一步兼顾提高正极片和电池的安全性及容量等特性。
具体地，上述三元材料包括镍钴铝三元材料和/或镍钴锰三元材料，一般可以控制第一活性层的正极活性材料中的镍含量为3-60％，进一步可以为3-50％或3％-40％或3％-30％或3％-20％或3％-10％或4％-10％或5％-10％，如6.25％、4.5％、3.75％等，；和/或，第二活性层的正极活性材料中的镍含量为0-40％，进一步可以为1％-30％或2％-20％或3％-10％或3％-5％，如3.75％等，利于进一步兼顾提高正极片和电池的安全性及容量等特性。
本发明中，功能层中的三元材料的形状大小等参数均可以是本领域常规设置，其一般呈颗粒状，平均粒径大小、比表面积等参数可以根据需要设置。
一般情况下，三元材料颗粒的粒径越小，比表面积越大，其极化越小，越有利于其于高电压下循环，抑制三元材料中金属离子的脱出，为进一步兼顾提高正极片及电池的安全性、容量和循环稳定性等品质，在本发明的一实施方式中，上述三元材料呈颗粒状，第二活性层中的三元材料的粒径(平均粒径)小于第一活性层中的三元材料的粒径(平均粒径)。
进一步地，第一活性层中的三元材料的Dv50可以为3-10μm，例如可以为3.5μm、4μm、4.5μm、5μm、5.5μm、6μm、6.5μm、7μm、7.5μm、8μm、8.5μm、9μm、9.5μm，其比表面积一般为0.3-1.5m2/g，例如可以为0.5m2/g、1m2/g；和/或，第二活性层中的三元材料的Dv50为2-8μm，例如可以为2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm、5μm、5.5μm、6μm、6.5μm、7μm、7.5μm，其比表面积一般为0.45-2.0m2/g，例如可以为0.5m2/g、1m2/g、1.5m2/g。
根据本发明的进一步研究，上述第一活性层的厚度可以为3μm～100μm，例如可以为5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm；和/或，第二活性层的厚度可以为5μm～100μm，例如可以为10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm，更利于兼顾提高正极片及电池的安全性、容量和循环性稳定系等性能。
本发明的三元材料可以包括镍钴铝三元材料(NCA)和/或镍钴锰三元材料(NCM)，在本发明的一优选实施方式中，镍钴锰三元材料具体可以选自NCM523(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2)、NCM622(LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2)、NCM811(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2)中的至少一种，该些材料均为本领域常规材料，可商购或自制，不再赘述。
进一步地，上述三元材料可以包括单晶材料和/或多晶材料，尤其是包括单晶材料时，更利于提高正极片和电池的循环稳定性等性能。
具体地，上述功能层或第一活性层或第二活性层的原料一般可以包括正极活性材料、导电剂和粘结剂，其中的导电剂、粘结剂等均可以是本领域常规材料，例如，导电剂可以包括导电碳材料(即具有导电功能的碳材料)，比如可以包括导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、导电石墨、导电碳纤维、碳纳米管、金属粉、纤维等中的至少一种；粘结剂可以包括乙烯、丁苯胶乳、聚四氟乙烯、聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯等中的至少一种。
在本发明的一实施方式中，上述第一活性层的原料中，导电剂的质量含量可以为0.4％-3％，粘结剂的质量含量可以为1％-3％，余量为正极活性材料(94％-98.6％)；和/或，上述第二活性层的原料中，导电剂的质量含量可以为0.4％-3％，粘结剂的质量含量可以为1％-3％，余量为正极活性材料(94％-98.6％)。
本发明可采用涂覆法等本领域常规方法在集流体上涂覆上述功能层，制得正极片，在本发明的一实施方式中，正极片的制备过程可以包括：将含有第一活性层原料的浆料涂敷于集流体的至少一表面，经干燥后，在集流体表面形成第一活性层，再将含有第二活性层原料的浆料涂敷于第二活性层上，然后经干燥、辊压后，得到正极片；其中，可以将含有活性层原料的浆料置于N-甲基吡咯烷酮(NMP)等本领域常规溶剂中，经搅拌混匀后形成上述浆料。具体操作时，一般可以在集流体基材上依次涂覆上述浆料，分别形成第一活性层和第二活性层，然后将形成的正极基材分切成符合预设正极片形状、大小等参数的小条，然后在该小条上焊接正极极耳(铝极耳)，得到正极片。其中，上述干燥、辊压等处理均可以是本领域常规工序，不再赘述。
本发明正极片的集流体可以是铝箔等本领域常规正极集流体，对此亦不做特别限制。
本发明的另一方面，还提供一种锂离子电池，包括上述正极片。
本发明的电池可以是卷绕式电池或叠片式电池等本领域常规形式的电池，亦可以按照本领域常规方法制备，具体实施时，可以将正极片、隔膜、负极片依次叠放(隔膜处于正极片和负极片之间起隔离作用)，然后经卷绕或叠片处理后形成的电芯，然后用铝塑膜等常规材料进行包装，经烘烤去除水分后注入电解液，再经化成(如热压化成等)、二封抽气、分选、整形等处理后，得到锂离子电池。其中，上述卷绕/叠片、注液、化成、二封抽气、分选、整形等处理均为本领域常规工序，不再赘述。
本发明中，上述锂离子电池的负极片可以是本领域常规负极片，其具体可以包括负极集流体和涂敷于负极集流体至少一表面的负极功能层，负极功能层的原料可以包括负极活性材料、导电剂、粘结剂和分散剂，其中，负极活性材料的质量含量可以是95％～98％，导电剂的质量含量可以是0％～3％，粘结剂的质量含量可以是1％～5％，分散剂的质量含量可以是1％～3％。具体地，负极活性材料可以是石墨(如人造石墨、天然石墨等)、中间相碳微球、钛酸锂、氧化硅中的至少一种，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、金属粉、纤维等具有导电功能的碳材料中的至少一种，粘结剂可以包括乙烯、丁苯胶乳、聚四氟乙烯、聚氧化乙烯中的至少一种，分散剂可以包括羧甲基纤维素和羧甲基纤维素钠中的至少一种。本发明的负极片亦可以按照涂覆法等本领域常规方法进行制备，不再赘述。
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。
实施例1
如图1所示，本实施例提供的正极片包括集流体1(铝箔，约10μm)和设置在集流体两个表面的功能层，该功能层包括第一活性层2(厚度为48μm)和第二活性层3(厚度为48μm)，第一活性层2位于集流体和第二活性层3之间；
其中，第一正极活性材料(即第一活性层的正极活性材料)由钴酸锂(质量含量50％)和LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2单晶材料(质量含量50％)组成，该LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2单晶材料的克容量为177mAh/g，该LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2单晶材料的粒径D10为2.7μm、D50为4.3μm、D90为6.9μm，该LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2单晶材料的比表面积为0.71m2/g；
第二正极活性材料(即第二活性层的正极活性材料)由钴酸锂(质量含量为70％)和LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2单晶材料(质量含量30％)组成，该LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2单晶材料的克容量为170mAh/g，该LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2单晶材料的粒径D10为2.5μm、D50为4.0μm、D90为5.9μm，该LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2单晶材料的比表面积为0.83m2/g。
本实施例提供的正极片以及采用该正极片形成的锂离子电池具体按照如下过程制得：
(1)正极片的制备
将第一正极活性材料、乙炔黑和聚偏氟乙烯按照97:1.5:1.5的质量比加入到搅拌罐中，然后加入NMP溶剂，搅拌混匀后配成正极浆料，通过涂布机将该正极浆料均匀涂覆在铝箔的表面上，经干燥后，形成第一活性层；
将第二正极活性材料、乙炔黑和聚偏氟乙烯按照97:1.5:1.5的质量比加入到搅拌罐中，然后加入NMP溶剂，搅拌混匀后配成正极浆料，通过涂布将该正极浆料均匀涂覆在第一活性层上，然后在120℃下烘干8h，再采用辊压机压实，将形成的正极基材分切成符合预设正极片形状、大小等参数的小条，在小条上焊接铝极耳，得到正极片；
(2)负极片的制备
将石墨、导电炭黑、丁苯橡胶和羧甲基纤维素钠按照96.9:0.5:1.3:1.3的质量比加入到搅拌罐中，然后加入去离子水，搅拌混匀后配成负极浆料(该负极浆料的固含量为40％～45％)，通过涂布机将负极浆料均匀涂覆到铜箔的两个表面，然后在100℃下烘干，通过辊压机压实厚，分切成符合预设负极片性质、大小等参数的小条，在小条上焊接镍极耳，得到负极片；
(3)锂离子电池的制备
依次将上述正极片、隔膜、负极片堆叠后卷绕形成电芯(软包电芯)，然后用铝塑膜包装，经烘烤去除水分后注入电解液，然后采用经热压化成工艺化成，再经二封抽气、分选、整形处理后，得到锂离子电池。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，第一正极活性材料由钴酸锂(质量含量70％)和LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2单晶材料(质量含量30％)组成，其余条件与实施例1均相同。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于，第一正极活性材料由钴酸锂(质量含量70％)和LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2多晶材料(质量含量30％)组成，其余条件与实施例1均相同。
对比例1
该对比例与实施例1的区别在于，第二正极活性材料由钴酸锂(质量含量50％)和LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2单晶材料(质量含量50％)组成，即第一正极活性材料与第二正极活性材料相同，其余条件与实施例1相同。
测试实施例1-3和对比例1的软包电芯在45℃下0.7C/0.5C的循环性能如表1所示。
表1实施例1-3和对比例1的软包电芯的循环性测试结果
从表1的测试结果可以看到，相对于对比例1，实施例1-3的电芯表现出更好的高温/高电压循环稳定性，进而能够保证电池具有良好的安全性、循环稳定性等品质。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种正极片，其特征在于，包括集流体和设置在集流体至少一表面的功能层，所述功能层的正极活性材料包括钴酸锂和三元材料；其中，所述功能层中三元材料的含量沿远离集流体的方向呈降低趋势。
2.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述功能层包括第一活性层和第二活性层，所述第一活性层位于集流体和第二活性层之间，所述第一活性层中的三元材料的含量高于第二活性层中的三元材料的含量。
3.根据权利要求2所述的正极片，其特征在于，所述第一活性层的正极活性材料中，三元材料的质量含量为1-100％；和/或，所述第二活性层的正极活性材料中，三元材料的质量含量为0-50％。
4.根据权利要求2或3所述的正极片，其特征在于，所述第二活性层中的三元材料的克容量不高于第一活性层中的三元材料的克容量；
优选地，第一活性层中的三元材料的克容量为172-180mAh/g；和/或，第二活性层中的三元材料的克容量为165-172mAh/g。
5.根据权利要求2或3所述的正极片，其特征在于，所述三元材料包括镍钴铝三元材料和/或镍钴锰三元材料，所述第二活性层的正极活性材料中的镍含量不高于第一活性层的正极活性材料中的镍含量；
优选地，所述第一活性层的正极活性材料中的镍含量为3-60％；和/或，所述第二活性层的正极活性材料中的镍含量为0-40％。
6.根据权利要求2或3所述的正极片，其特征在于，所述三元材料呈颗粒状，所述第二活性层中的三元材料的粒径小于第一活性层中的三元材料的粒径；
优选地，第一活性层中的三元材料的Dv50为3-10μm；和/或，第二活性层中的三元材料的Dv50为2-8μm。
7.根据权利要求2或3所述的正极片，其特征在于，所述第一活性层的厚度为3μm～100μm；和/或，所述第二活性层的厚度为5μm～100μm。
8.根据权利要求1或2所述的正极片，其特征在于，所述功能层的正极活性材料中，钴酸锂的质量含量为50％～80％。
9.根据权利要求1或2所述的正极片，其特征在于，所述三元材料包括单晶材料和/或多晶材料。
10.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的正极片。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115000369A (zh) * | 2022-05-31 | 2022-09-02 | 上海瑞浦青创新能源有限公司 | 正极材料、正极极片和锂离子电池 |
| CN115832209A (zh) * | 2022-08-09 | 2023-03-21 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 阴极极片、锂离子电池及用电装置 |
| CN116014072A (zh) * | 2023-03-27 | 2023-04-25 | 中创新航材料科技(四川)有限公司 | 一种电池 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101388449A (zh) * | 2008-10-31 | 2009-03-18 | 上海南都能源科技有限公司 | 一种高功率锂离子电池正极片及含其的锂离子电池 |
| CN102412388A (zh) * | 2011-11-03 | 2012-04-11 | 湖南丰源业翔晶科新能源股份有限公司 | 一种三元材料锂离子电池正极用极片及其涂布方法 |
| CN103700845A (zh) * | 2013-12-18 | 2014-04-02 | 江苏科捷锂电池有限公司 | 浓度梯度分布锂镍钴锰氧三元锂电池正极材料的制备方法 |
| CN105098193A (zh) * | 2015-09-24 | 2015-11-25 | 宁德时代新能源科技有限公司 | 正极片以及包括该正极片的锂离子电池 |
| CN109004170A (zh) * | 2018-02-26 | 2018-12-14 | 宁德新能源科技有限公司 | 极片和锂离子电池 |
| CN110660961A (zh) * | 2018-06-28 | 2020-01-07 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 正极片及锂离子电池 |
| CN111312992A (zh) * | 2020-02-26 | 2020-06-19 | 天津国安盟固利新材料科技股份有限公司 | 二次电池用多功能复合正极片、制备方法及二次电池 |
| CN111900328A (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 |
| WO2020242138A1 (ko) * | 2019-05-24 | 2020-12-03 | 삼성에스디아이주식회사 | 리튬 이차전지용 양극, 이의 제조방법 및 이를 포함한 리튬 이차전지 |
-
2020
- 2020-12-30 CN CN202011622623.4A patent/CN112751002B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101388449A (zh) * | 2008-10-31 | 2009-03-18 | 上海南都能源科技有限公司 | 一种高功率锂离子电池正极片及含其的锂离子电池 |
| CN102412388A (zh) * | 2011-11-03 | 2012-04-11 | 湖南丰源业翔晶科新能源股份有限公司 | 一种三元材料锂离子电池正极用极片及其涂布方法 |
| CN103700845A (zh) * | 2013-12-18 | 2014-04-02 | 江苏科捷锂电池有限公司 | 浓度梯度分布锂镍钴锰氧三元锂电池正极材料的制备方法 |
| CN105098193A (zh) * | 2015-09-24 | 2015-11-25 | 宁德时代新能源科技有限公司 | 正极片以及包括该正极片的锂离子电池 |
| US20170092943A1 (en) * | 2015-09-24 | 2017-03-30 | Contemporary Amperex Technology Co., Limited | Positive electrode and li-ion battery including the same |
| CN109004170A (zh) * | 2018-02-26 | 2018-12-14 | 宁德新能源科技有限公司 | 极片和锂离子电池 |
| CN110660961A (zh) * | 2018-06-28 | 2020-01-07 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 正极片及锂离子电池 |
| WO2020242138A1 (ko) * | 2019-05-24 | 2020-12-03 | 삼성에스디아이주식회사 | 리튬 이차전지용 양극, 이의 제조방법 및 이를 포함한 리튬 이차전지 |
| CN111312992A (zh) * | 2020-02-26 | 2020-06-19 | 天津国安盟固利新材料科技股份有限公司 | 二次电池用多功能复合正极片、制备方法及二次电池 |
| CN111900328A (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 (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115000369A (zh) * | 2022-05-31 | 2022-09-02 | 上海瑞浦青创新能源有限公司 | 正极材料、正极极片和锂离子电池 |
| CN115832209A (zh) * | 2022-08-09 | 2023-03-21 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 阴极极片、锂离子电池及用电装置 |
| CN116014072A (zh) * | 2023-03-27 | 2023-04-25 | 中创新航材料科技(四川)有限公司 | 一种电池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112751002B (zh) | 2022-11-01 |
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