CN114361716A - 一种具有安全涂层的正极极片及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有安全涂层的正极极片及其制备方法与应用，所述具有安全涂层的正极极片包括箔材；所述箔材包括涂覆区以及涂覆区两侧的空箔区；所述涂覆区的至少1侧设置有活性物质层，所述活性物质层远离涂覆区一侧设置有安全涂层；所述安全涂层延伸至空箔区。本发明在空箔表面设置的安全涂层，可有效阻止正极集流体与负极活性层接触，增加针刺过程中的短路内阻，阻止温度上升，提高了锂离子电池的穿刺通过率；同时，所述安全涂层具有较高的离子电导，能降低安全涂层在常温状态下的阻抗，改善电池倍率性能，多孔的结构，能起到保护锂离子电池的作用。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池领域，涉及一种正极极片，尤其涉及一种具有安全涂层的正极极片及其制备方法与应用。
背景技术
锂离子电池因具有高能量密度、工作电压高和无记忆效应等优势，目前已普遍应用于日常便携式电子产品、动力电池和储能系统中。而锂离子电池会因热失控等原因，发生安全事故。目前通过采用阻燃型电解液、阻燃性隔膜、固态电解质、活性材料包覆阻燃物质以及极片涂覆安全涂层等方式，来提升锂离子电池的安全性能，但是目前需要既保证安全性能，同时不影响锂离子电池电化学性能的方法，来解决锂离子电池的安全问题。
CN 112670514A公开了一种双包覆型锂电池正极材料及其制备方法，所述双包覆型锂电池正极材料为核壳结构，内核材料的化学式为LiNixCoyMnzO2，其中x＞0.8，y＞0，z＞0，x+y+z＝1；外壳材料由两层组成，其中内层为多孔快离子导体锂盐，所述多孔快离子导体锂盐的孔道内部沉积有碳层，所述碳层是由粘结剂碳化而成，外层为高分子聚合物；其公开的方法是以在正极材料表面包覆阻燃材料，来提升锂离子电池的安全性能，但是其公开的方法对于锂离子电池的安全性能的保障，还需要进一步提升。
CN 103059613A公开了一种锂离子电池安全涂层，所述锂离子电池安全涂层使用的材料为碱金属氢氧化物、碱金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐中的一种或几种的混合，其公开的锂离子电池安全涂层具有受热分解吸热、晶体结构变化或者粉化和释放出水或者二氧化碳的功能，可以在电池过热的状态下降低电池温度，但是所述锂离子电池安全涂层会增加电池常温下的阻抗，导致倍率性能较差。
基于以上研究，如何提供一种具有安全涂层的正极极片，所述安全涂层不会增加锂离子电池在常温条件下的阻抗，具有较高的离子电导，能对正极极片形成包裹保护，阻止电池温度升高，并且起到保护锂离子电池的作用，成为了目前迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有安全涂层的正极极片及其制备方法与应用，所述安全涂层具有多孔结构，高温条件下，多孔结构会被填充，安全涂层的电阻会增大，从而能阻止锂离子电池的热失控现象；在常温下有较低的阻抗，能阻止温度升高，提高锂离子电池的穿刺通过率；同时，所述安全涂层具有较高的离子电导，能降低安全涂层在常温状态下的阻抗，改善电池倍率性能。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种具有安全涂层的正极极片，所述具有安全涂层的正极极片包括箔材；
所述箔材包括涂覆区以及涂覆区两侧的空箔区；
所述涂覆区的至少1侧设置有活性物质层，所述活性物质层远离涂覆区一侧设置有安全涂层；
所述安全涂层延伸至空箔区。
本发明通过在正极集流体空箔表面设置的安全涂层，可有效阻止正极集流体与负极活性层接触，增加针刺过程中的短路内阻，阻止温度上升，提高锂离子电池的穿刺通过率；同时所述安全涂层设置在活性材料层表面远离集流体方向，有利于阻止正极活性材料层与负极活性材料层的接触，提高锂离子电池的穿刺通过率，且当电池受到挤压，隔膜受热收缩，正负极片接触时，涂层有利于对极片形成包裹保护，避免电池因短路而发生热失控的现象。
优选地，所述安全涂层包括锂盐、造孔剂和粘结剂。
本发明所述造孔剂在极片煅烧阶段或锂离子电池化成阶段，能在安全涂层中构建多孔结构。
优选地，所述造孔剂包括自分解材料。
本发明所述自分解材料包括在高温条件和/或高电压下能够分解的材料，在正极极片的煅烧过程或锂离子电池化成阶段进行造孔。
优选地，以质量百分数计，所述造孔剂为安全涂层总质量的1～20wt％，例如可以是1wt％、3wt％、5wt％、7wt％、9wt％、11wt％、13wt％、15wt％、17wt％、19wt％或20wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，以质量百分数计，所述锂盐为安全涂层总质量的5～25wt％，例如可以是5wt％、7wt％、9wt％、11wt％、13wt％、15wt％、17wt％、19wt％、21wt％、23wt％或25wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，以质量百分数计，所述粘结剂为安全涂层总质量的25～75wt％，例如可以是25wt％、30wt％、40wt％、45wt％、50wt％、55wt％、60wt％、65wt％、70wt％或75wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述自分解材料包括碳酸氢铵、碳酸乙烯酯、丙烯酸树脂、氮化锂、氟化锂、氧化锂或过氧化锂中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制的组合包括碳酸氢铵和碳酸乙烯酯的组合，丙烯酸树脂和氮化锂的组合，或氟化锂和氧化锂的组合。
优选地，所述锂盐包括LITFSI(双三氟甲烷磺酰亚胺锂)、LiPF6(六氟磷酸锂)、LiClO4(高氯酸锂)、LIBOB(双草酸硼酸锂)、LiBF4(四氟硼酸锂)、LiAsF6(六氟砷酸锂)、LiSbF6(六氟锑酸锂)、LiPF2O2(二氟磷酸锂)、LiDTI(4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑锂)、LiBMB(双(丙二酸)硼酸锂)、LiDFOB(二氟草酸硼酸锂)、LiBDFMB(双(二氟丙二酸)硼酸锂)、LiMOB((丙二酸草酸)硼酸锂)、LiDFMOB((二氟丙二酸草酸)硼酸锂)、LiTOP(三(草酸)磷酸锂)、LiTDFMP(三(二氟丙二酸)磷酸锂)、LiTFOP(四氟草酸磷酸锂)、LiDFOP(二氟二草酸磷酸锂)、LiFSI(双(氟磺酰)亚胺锂)、LiTFSI(双三氟甲烷磺酰亚氨锂)、LiNO3、LiN(SO2RF)2、LiN(SO2F)(SO2RF)中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制的组合包括LITFSI和LiPF6的组合，LiClO4和LIBOB的组合，或LiClO4和LiBF4的组合。
所述LiN(SO2RF)2为氟磺酰亚氨锂类化合物，其中RF为全氟烷基，包括：CF3、C2F5、C3F7或C4F9中的任意一种。
所述LiN(SO2F)(SO2RF)为(氟磺酰)(三氟甲磺酰)亚氨锂类化合物，其中RF为全氟烷基，包括：CF3、C2F5、C3F7或C4F9中的任意一种。
优选地，所述粘结剂包括聚环氧乙烷、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚环氧丙烷、聚醚、聚磷腈、聚碳酸酯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、丁腈橡胶或聚氯乙烯中的任意一种或至少两种的组合，优选地，所述粘结剂包括聚环氧乙烷、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚环氧丙烷、聚醚、聚磷腈、聚碳酸酯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、丁腈橡胶或聚氯乙烯中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制的组合包括聚环氧乙烷和聚偏氟乙烯的组合，聚甲基丙烯酸甲酯和聚丙烯腈的组合，或聚乙烯醇和聚环氧丙烷的组合，优选为聚偏氟乙烯。
优选地，所述安全涂层还包括无机填料。
优选地，以质量百分数计，所述无机填料为安全涂层总质量的5～70wt％，例如可以是5wt％、10wt％、20wt％、30wt％、40wt％、50wt％、60wt％或70wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述无机填料包括LATP(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3)、LAGP(Li1+xAlxGe2-x(PO4)3，其中0.04≤x≤0.7，例如可以是0.04、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6或0.7)、LLZO(Li7La3Zr2O12)、LLTO(Li3xLa2/3–xTiO3，其中0.04≤x≤0.16，例如可以是0.04、0.08、0.12或0.16)、氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、碳化硅、氢氧化镁、磷酸铁锂、磷酸钒锂、磷酸钴锂、磷酸锰锂或磷酸锰铁锂中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制的组合包括LATP和LAGP的组合，LAGP和氧化铝的组合，氧化铝和二氧化钛的组合，或二氧化硅和碳化硅的组合，优选为LLZO。
优选地，所述空箔区的表面积占箔材表面积的10～30％，例如可以是10％、15％、20％、25％或30％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述涂覆区包括依次设置的第一安全涂层，第一活性材料层，箔材，第二活性材料层和第二安全涂层；所述第一安全涂层与第二安全涂层分别独立地延伸至空箔区。
第一安全涂层与第二安全涂层为本发明所述安全涂层。
优选地，所述第一安全涂层和第二安全涂层的厚度分别独立地为1～10μm，例如可以是1μm、3μm、5μm、7μm、9μm或10μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述第一安全涂层和第二安全涂层的孔隙率分别独立地为1～20％，例如可以是1％、3％、5％、7％、9％、11％、13％、15％、17％或20％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述箔材的厚度为3～30μm，例如可以是3μm、5μm、10μm、15μm、20μm、25μm或30μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述第一活性材料层和第二活性材料层的厚度分别独立地为20～110μm，例如可以是20μm、40μm、60μm、80μm、100μm或110μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
第二方面，本发明提供了一种如第一方面所述具有安全涂层的正极极片的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
活性物质层浆料涂覆于正极极片的涂覆区，再进行安全涂层浆料的涂覆，煅烧后得到所述具有安全涂层的正极极片；
所述安全涂层浆料包括配方量的锂盐、造孔剂和粘结剂。
本发明所述安全涂层浆料涂覆区域为：涂覆区的活性材料层远离集流体一侧，以及空箔区。
优选地，所述安全涂层浆料还包括溶剂。
优选地，所述溶剂包括乙腈、N-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、丙酮或N，N-二甲基甲酰胺中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制的组合包括乙腈和四氢呋喃的组合，或N-甲基吡咯烷酮和N，N-二甲基甲酰胺的组合。
优选地，所述安全涂层浆料粘度为100～1000mPa.s，例如可以是100mPa.s、500mPa.s或1000mPa.s，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述安全涂层浆料还包括配方量的无机填料。
优选地，所述煅烧的温度为50～300℃，例如可以是50℃、100℃、150℃、200℃、250℃或300℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述煅烧的时间为0.01～2h，例如可以是1min、5min、10min、30min、1h或2h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
第三方面，本发明提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括如第一方面所述的具有安全涂层的正极极片。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过在正极集流体空箔表面设置安全涂层，同时在活性材料层表面远离集流体方向设置安全涂层，有利于阻止正极集流体与负极活性层接触，以及正极活性材料层与负极活性材料层的接触，增加针刺过程中的短路内阻，阻止温度上升，提高锂离子电池的穿刺通过率；并且当电池受到挤压，隔膜受热收缩或正负极片接触时，涂层有利于对极片形成包裹保护，避免电池因短路而发生热失控；
(2)本发明通过在安全涂层构造多孔结构，使电解液得以储存在多孔结构内，促进活性材料的浸润，并形成离子通道的快速导通，在充放电过程中，锂离子通过电解液浸润网络在正负电极间快速导通，表现出良好的电化学性能；
(3)在常温条件下，安全涂层依靠固态电解质材料以及多孔结构内的电解液形成良好的导电网络，进行离子传导；温度升高时，粘结剂高分子基体材料的体积开始膨胀，无机填料颗粒之间的间距增大，多孔结构被填充，导电网络被部分阻隔，安全涂层的电阻逐渐增大；而当达到一定的温度时，导电网络几乎完全被隔断，电流趋近为零，从而使得安全涂层起到保护该锂离子电池的作用。
(4)本发明在安全涂层中添加锂盐，增加了安全涂层中可移动锂离子的数量，将安全涂层由离子绝缘体相变为离子导体，有利于提高安全涂层的离子电导，降低安全涂层在常温状态下的阻抗，改善电池倍率性能。
附图说明
图1是本发明所述具有安全涂层的正极极片的结构示意图。
图2是对比例2所述正极极片的结构示意图。
1-箔材；2-第一活性材料层；3-第二活性材料层；4-第一安全涂层；5-第二安全涂层。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
以下实施例与对比例所述活性物质层浆料由质量比为96:2:2:30的LiCoO2、导电碳黑、聚偏氟乙烯和N-甲基吡咯烷酮溶剂，搅拌混合得到；
所述安全涂层浆料中的溶剂为乙腈，浆料粘度范围为700mPa.s。
上述活性物质层浆料的组成、安全涂层浆料的溶剂和固含量，仅是为了更好地说明本发明的技术方案，不视为对本发明的具体限定。
实施例1
本实施例提供了一种如图1所示的具有安全涂层的正极极片，所述正极极片包括箔片1，所述箔片1包括涂覆区以及涂覆区两侧的空箔区；
所述涂覆区包括依次设置的第一安全涂层4，第一活性材料层3，箔材1，第二活性材料层2和第二安全涂层5；所述第一安全涂层4与第二安全涂层5分别独立地延伸至空箔区；
所述空箔区的表面积占箔材表面积的20％，所述箔材1为厚度为16μm的铝箔；
所述第一活性材料层2和第二活性材料层3的厚度分别独立地为50μm；
所述第一安全涂层4和第二安全涂层5的厚度分别独立地为5μm，孔隙率为10％；
所述第一安全涂层4和第二安全涂层5分别独立地包括：10wt％的丙烯酸树脂、15wt％的LITFSI、50wt％的聚偏氟乙烯和25wt％的LLZO；
所述具有安全涂层的正极极片的制备方法包括如下步骤：
活性物质层浆料涂覆于正极极片的涂覆区，再进行安全涂层浆料的涂覆，120℃煅烧2h后，得到所述具有安全涂层的正极极片；
所述安全涂层浆料包括配方量的丙烯酸树脂、LITFSI、聚偏氟乙烯和LLZO。
实施例2
本实施例提供了一种如图1所示的具有安全涂层的正极极片，所述正极极片包括箔片1，所述箔片1包括涂覆区以及涂覆区两侧的空箔区；
所述涂覆区包括依次设置的第一安全涂层4，第一活性材料层3，箔材1，第二活性材料层2和第二安全涂层5；所述第一安全涂层4与第二安全涂层5分别独立地延伸至空箔区；
所述空箔区的表面积占箔材表面积的30％，所述箔材1为厚度为9μm的铝箔；
所述第一活性材料层3和第二活性材料层4的厚度分别独立地为30μm；
所述第一安全涂层4和第二安全涂层5的厚度分别独立地为10μm，孔隙率为20％；
所述第一安全涂层4和第二安全涂层5分别独立地包括：20wt％的碳酸乙烯酯、5wt％的LiDTI、70wt％的聚丙烯腈和5wt％的LLTO；
所述具有安全涂层的正极极片的制备方法包括如下步骤：
活性物质层浆料涂覆于正极极片的涂覆区，再进行安全涂层浆料的涂覆，300℃煅烧1h后，得到所述具有安全涂层的正极极片；
所述安全涂层浆料包括配方量的碳酸乙烯酯、LiDTI、聚丙烯腈和LLTO。
实施例3
本实施例提供了一种如图1所示的具有安全涂层的正极极片，所述正极极片包括箔片1，所述箔片1包括涂覆区以及涂覆区两侧的空箔区；
所述涂覆区包括依次设置的第一安全涂层4，第一活性材料层3，箔材1，第二活性材料层2和第二安全涂层5；所述第一安全涂层4与第二安全涂层5分别独立地延伸至空箔区；
所述空箔区的表面积占箔材表面积的10％，所述箔材1为厚度为20μm的铝箔；
所述第一活性材料层和第二活性材料层的厚度分别独立地为100μm；
所述第一安全涂层4和第二安全涂层5的厚度分别独立地为1μm，孔隙率为3％；
所述第一安全涂层4和第二安全涂层5分别独立地包括：5wt％的碳酸乙烯酯、25wt％的LiPF6、25wt％的聚甲基丙烯酸甲酯和45wt％的LATP；
所述具有安全涂层的正极极片的制备方法包括如下步骤：
活性物质层浆料涂覆于正极极片的涂覆区，再进行安全涂层浆料的涂覆，60℃煅烧2h后，得到所述具有安全涂层的正极极片；
所述安全涂层浆料包括配方量的碳酸乙烯酯、LiPF6、聚甲基丙烯酸甲酯和LATP。
实施例4
本实施例提供了一种如图1所示的具有安全涂层的正极极片，所述正极极片，除丙烯酸树脂的含量为1wt％，聚偏氟乙烯的含量为59wt％，使第一安全涂层4和第二安全涂层5的孔隙率分别独立地为1％外，其余均与实施例1相同；
所述具有安全涂层的正极极片的制备方法，除所述安全涂层浆料的组成按配方量变化外，其余均与实施例1相同。
实施例5
本实施例提供了一种如图1所示的具有安全涂层的正极极片，所述正极极片，除丙烯酸树脂的含量为23wt％，聚偏氟乙烯的含量为37wt％，使第一安全涂层4和第二安全涂层5的孔隙率分别独立地为23％外，其余均与实施例1相同；
所述具有安全涂层的正极极片的制备方法，除所述安全涂层浆料的组成按配方量相应变化外，其余均与实施例1相同。
实施例6
本实施例提供了一种如图1所示的具有安全涂层的正极极片，所述正极极片，除LITFSI的含量为2wt％，聚偏氟乙烯的含量为63wt％，其余均与实施例1相同；
所述具有安全涂层的正极极片的制备方法，除所述安全涂层浆料的组成按配方量相应变化外，其余均与实施例1相同。
实施例7
本实施例提供了一种如图1所示的具有安全涂层的正极极片，所述正极极片，除LITFSI的含量为28wt％，聚偏氟乙烯的含量为37wt％，其余均与实施例1相同；
所述具有安全涂层的正极极片的制备方法，除所述安全涂层浆料的组成按配方量相应变化外，其余均与实施例1相同。
实施例8
本实施例提供了一种如图1所示的具有安全涂层的正极极片，除所述第一安全涂层4和第二安全涂层5的厚度分别独立地为13μm，其余均与实施例1相同；
所述具有安全涂层的正极极片的制备方法，除所述安全涂层浆料的涂覆厚度相应变化外，其余均与实施例1相同。
实施例9
本实施例提供了一种如图1所示的具有安全涂层的正极极片，除所述第一安全涂层4和第二安全涂层5的厚度分别独立地为0.8μm，其余均与实施例1相同；
所述具有安全涂层的正极极片的制备方法，除所述安全涂层浆料的涂覆厚度相应变化外，其余均与实施例1相同。
对比例1
本对比例提供了一种正极极片，所述正极极片包括依次设置的第一活性物质层、铝箔与第二活性物质层；
所述第一活性材料层和第二活性材料层的厚度分别独立地为50μm；
所述铝箔的厚度为16μm；
所述正极极片的制备方法包括如下步骤：
双面涂覆活性物质层浆料于铝箔，120℃煅烧2h后，得到所述正极极片。
对比例2
本对比例提供了一种如图2所示的正极极片，所述正极极片包括箔片1，所述箔片1包括涂覆区以及涂覆区两侧的空箔区；
所述涂覆区包括依次设置的第一活性材料层2，第一安全涂层4，箔材1，第一安全涂层5和第二活性材料层3；
所述空箔区的表面积占箔材表面积的20％，所述箔材1为厚度为16μm的铝箔；
所述第一活性材料层2和第二活性材料层3的厚度分别独立地为50μm；
所述第一安全涂层4和第一安全涂层5的厚度分别独立地为5μm，孔隙率为10％；
所述第一安全涂层4和第一安全涂层5分别独立地包括：10wt％的丙烯酸树脂、15wt％的LITFSI、50wt％的聚偏氟乙烯和25wt％的LLZO；
所述具有安全涂层的正极极片的制备方法包括如下步骤：
安全涂层浆料涂覆于正极极片的涂覆区，再进行活性物质层浆料的涂覆，120℃煅烧2h后，得到所述具有安全涂层的正极极片；
所述安全涂层浆料和活性材料层浆料的涂覆区域均为正极极片的涂覆区；
所述安全涂层浆料包括配方量的丙烯酸树脂、LITFSI、聚偏氟乙烯和LLZO。
以上实施例提供的具有安全涂层的正极极片和对比例提供的正极极片，与石墨负极极片、聚乙烯隔膜和1mol/L的LiPF6/EC+DMC+EMC电解液(EC为碳酸乙烯酯，EMC为碳酸甲乙酯，DMC为碳酸二甲酯，EC、DMC和EMC的体积比为1:1:1)，按照制备锂离子电池的一般工艺组装成653440型号方形单体电池，测试其阻抗、100℃加热后的阻抗并进行针刺检测。
阻抗测试：利用易炜电池内阻测试仪(型号HK3560)测试电池阻抗(量程R：1Ω；量程V：6V)；
针刺检测：利用东莞贝尔电池针刺试验机(型号BE-9002D)进行针刺试验(利用新威电池测试系统，按0.2C恒流恒压充电至充电截止电压；利用东莞贝尔电池针刺试验机，用直径3mm的无蚀锈钢针以2m/min的速度刺穿电池最大表面的中心位置，并保持1h以上)。
测试结果如表1所示：
表1
从表1可以看出以下几点：
(1)由实施例1与对比例1可知，对比例1未进行涂覆安全涂层，相对于实施例1，其组装成锂离子电池的综合性能下降；由此可知，本发明所述安全涂层在常温状态下具有较低阻抗，高温下具有较高阻抗，能在高温下提高电池阻抗，起到保护锂离子电池的作用，改善电池安全性能。
(2)由实施例1与对比例2可知，对比例2的安全涂层在靠近箔片的一侧，并且未涂覆在空箔上，相较于实施例1，其组装成锂离子电池的性能下降；由此可知，本发明在空箔表面设置的安全涂层，同时在活性材料层表面远离集流体方向设置安全涂层，有利于阻止正极集流体与负极活性层接触，以及正极活性材料层与负极活性材料层的接触，增加针刺过程中的短路内阻，阻止温度上升，提高锂离子电池的穿刺通过率。
综上所述，本发明提供了一种具有安全涂层的正极极片及其制备方法与应用，所述具有安全涂层的正极极片包括箔材；所述箔材包括涂覆区以及涂覆区两侧的空箔区；所述涂覆区的至少1侧设置有活性物质层，所述活性物质层远离涂覆区一侧设置有安全涂层；所述安全涂层延伸至空箔区。本发明在空箔表面设置的安全涂层，可有效阻止正极集流体与负极活性层接触，增加针刺过程中的短路内阻，阻止温度上升，提高了锂离子电池的穿刺通过率；同时，所述安全涂层具有较高的离子电导，结合其多孔的结构，能降低安全涂层在常温状态下的阻抗，改善电池倍率性能，安全涂层在高温下具有较高阻抗，能在高温下提高电池阻抗，能起到保护锂离子电池的作用。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种具有安全涂层的正极极片，其特征在于，所述具有安全涂层的正极极片包括箔材；所述箔材包括涂覆区以及涂覆区两侧的空箔区；
所述涂覆区的至少1侧设置有活性物质层，所述活性物质层远离涂覆区一侧设置有安全涂层；
所述安全涂层延伸至空箔区。
2.根据权利要求1所述的具有安全涂层的正极极片，其特征在于，所述安全涂层包括锂盐、造孔剂和粘结剂，所述造孔剂包括自分解材料；
优选地，以质量百分数计，所述造孔剂为安全涂层总质量的1～20wt％；
优选地，以质量百分数计，所述锂盐为安全涂层总质量的5～25wt％；
优选地，以质量百分数计，所述粘结剂为安全涂层总质量的25～75wt％。
3.根据权利要求2所述的具有安全涂层的正极极片，其特征在于，所述自分解材料包括碳酸氢铵、碳酸乙烯酯、丙烯酸树脂、氮化锂、氟化锂、氧化锂或过氧化锂中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述锂盐包括LITFSI、LiPF6、LiClO4、LIBOB、LiBF4、LiAsF6、LiSbF6、LiPF2O2、LiDTI、LiBMB、LiDFOB、LiBDFMB、LiMOB、LiDFMOB、LiTOP、LiTDFMP、LiTFOP、LiDFOP、LiFSI、LiTFSI、LiNO3、LiN(SO2RF)2或LiN(SO2F)(SO2RF)中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述粘结剂包括聚环氧乙烷、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚环氧丙烷、聚醚、聚磷腈、聚碳酸酯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、丁腈橡胶或聚氯乙烯中的任意一种或至少两种的组合。
4.根据权利要求2或3所述的具有安全涂层的正极极片，其特征在于，所述安全涂层还包括无机填料；
优选地，以质量百分数计，所述无机填料为安全涂层总质量的5～70wt％；
优选地，所述无机填料包括LATP、LAGP、LLZO、LLTO、氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、碳化硅、氢氧化镁、磷酸铁锂、磷酸钒锂、磷酸钴锂、磷酸锰锂或磷酸锰铁锂中的任意一种或至少两种的组合。
5.根据权利要求1～4任一项所述的具有安全涂层的正极极片，其特征在于，所述空箔区的表面积占箔材表面积的10～30％；
优选地，所述涂覆区包括依次设置的第一安全涂层，第一活性材料层，箔材，第二活性材料层和第二安全涂层；所述第一安全涂层与第二安全涂层分别独立地延伸至空箔区。
6.根据权利要求5所述的具有安全涂层的正极极片，其特征在于，所述第一安全涂层和第二安全涂层的厚度分别独立地为1～10μm，孔隙率为1～20％；
优选地，所述箔材的厚度为3～30μm；
优选地，所述第一活性材料层和第二活性材料层的厚度分别独立地为20～110μm。
7.一种如权利要求1～6任一项所述具有安全涂层的正极极片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
活性物质层浆料涂覆于正极极片的涂覆区，再进行安全涂层浆料的涂覆，煅烧后得到所述具有安全涂层的正极极片；
所述安全涂层浆料包括配方量的锂盐、造孔剂和粘结剂。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述安全涂层浆料还包括配方量的无机填料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为50～300℃，时间为0.01～2h。
10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括如权利要求1～6任一项所述的具有安全涂层的正极极片。
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Applications Claiming Priority (1)
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