CN114665065A - 一种正极极片及其制备方法和应用 - Google Patents

一种正极极片及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种正极极片及其制备方法和应用,本发明所述正极极片通过将镍锰的二元层状材料和磷酸亚铁锂材料混合,控制活性材料的能量密度和质量占比的关系,使得锂离子二次电池具有与三元电池相当的能量密度水平、倍率性能,同时具有与磷酸亚铁锂相当的成本和安全性能,以及高于三元锂离子电池的循环性能。

Description

一种正极极片及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域,涉及一种正极极片及其制备方法和应用。
背景技术
磷酸亚铁锂电池具有优异的安全特性和循环性能,但单独的磷酸亚铁锂锂离子电池克容量低、压实低以及平台电压低导致其能量密度水平低,同时其材料本身的电子电导性和离子电导性差导致其功率性能差。
三元锂离子电池表现出高能量密度、高功率、较好的寿命等特点,但钴资源稀缺、成本高昂,势必会限制锂离子电池行业的发展。而无钴的镍锰二元正极材料,相比于传统三元体系电池,在保证了能量密度基本持平的情况下,实现了更高的循环寿命,更高的安全性以及更低的成本,实现了技术突破与创新,开创了动力电池新品类;同时目标产品的开发与产业化对动力电池行业摆脱钴资源制约有着重要的战略意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种一种正极极片及其制备方法和应用,本发明所述正极极片通过将镍锰的二元层状材料和磷酸亚铁锂材料混合,控制活性材料的能量密度和质量占比的关系,使得锂离子二次电池具有与三元电池相当的能量密度水平、倍率性能,同时具有与磷酸亚铁锂相当的成本和安全性能,以及高于三元锂离子电池的循环性能。
为达到此发明目的,本发明采用以下技术方案:
第一方面,本发明提供了一种正极极片,所述正极极片包括集流体和设置于所述集流体表面的正极活性物质层,所述正极活性物质层中的正极活性物质包括第一活性物质和第二活性物质,所述第一活性物质包括无钴镍锰二元层状正极材料LixNiaMn1-aO2,其中,0.97≤x≤1.03(例如:0.97、0.98、1、1.02或1.03等),0<a<1(例如:0.1、0.2、0.5、0.8或0.9等),所述第二活性物质包括磷酸亚铁锂材料,所述第一活性物质和第二活性物质满足1.5≤CNMx×PNMx/(CLFP×PLFP)≤30,例如:1.5、2、3、5、10、20或30等,其中,CNMx为无钴镍锰二元层状材料放电克容量,单位mAh/g,PNMx为正极活性物质中无钴镍锰二元层状材料的重量占比,单位%,CLFP为磷酸亚铁锂放电克容量,单位mAh/g,PLFP为正极活性物质中磷酸亚铁锂的重量占比,单位%,PNMx+PLFP=1。
本发明所述公式中,当CNMx×PNMx/(CLFP×PLFP)值越小,对应电池能量密度偏低,但电池安全性能好,循环性能好;CNMx×PNMx/(CLFP×PLFP)值越大,对应电池能量密度高,越接近于三元电池的能量密度水平。
无钴的镍锰二元材料,由于没有了钴元素的存在,材料结构中锂镍混排比例一定程度的增加,进而导致材料的导电性变差、内阻增加,电池的阻抗增加,倍率性能变差。通过对镍锰二元正极材料进行改性,包括掺杂和包覆,实现材料性能的提升。
掺杂改性的目的是在LixNiaMn1-aO2晶格中掺杂一些阳离子、阴离子或复合离子,抑制Li/Ni的阳离子混排,有助于减少首次不可逆容量损失,使LixNiaMn1-aO2的层状结构更完整,从而改善锂离子电池的循环性能和热稳定性。阳离子掺杂元素可选自Al、Zr、Ti、B、Mg、V、Cr、Zn、Y中的一种或几种。阴离子掺杂元素可选自F、P、S中的一种或几种。阴阳离子的掺杂总量不超过10%。
包覆改性是在LixNiaMn1-aO2表面形成一层包覆层,起到提高材料导电性和隔绝电解液和LixNiaMn1-aO2直接接触的作用。包覆层的存在还可以减少LixNiaMn1-aO2在反复充放电过程中晶体结构的坍塌,降低颗粒破碎、晶体结构损坏的概率,改善锂离子电池的循环性能。包覆层可选自碳层、石墨烯层、氧化物层、无机盐层或导电高分子层中的一种或几种。其中,所述氧化物可为Al、Ti、Mn、Zr、Mg、Zn、Ba、Mo、B中的一种或几种元素形成的氧化物;无机盐可为Li2ZrO3、LiNbO3、Li4Ti5O12、Li2TiO3、LiTiO2、Li3VO4、LiSnO3、Li2SiO3、LiAlO2、AlPO4、AlF3中的一种或几种;导电高分子可为聚吡咯(PPy)、聚3,4-亚乙二氧基噻吩(PEDOT)或聚酰胺(PI)。包覆层的质量不超过10%。
本发明所述正极极片中的正极活性材料为磷酸亚铁锂材料和无钴的镍锰二元正极材料,通过控制磷酸亚铁锂材料和无钴镍锰二元正极材料的比容量和质量占比,可以使锂离子二次电池具有与三元电池相当的能量密度水平、倍率性能,同时具有与磷酸亚铁锂相当的成本和安全性能,以及高于三元锂离子电池的循环性能。
优选地,所述正极活性物质的中值粒径D50为0.2~8μm,例如:0.2μm、0.5μm、1μm、5μm或8μm等,优选为0.2~4μm。
本发明所述正极极片严格控制所述正极活性物质的中值粒径D50,粒径太小,正极活性材料的比表面积往往较大,氧化活性变高,表面副反应会增多,由于电解液分解而造成的产气问题突出;而平均粒径太大,锂离子在大粒径颗粒中扩散路径较长,且扩散需要克服的阻力越大,嵌入过程引起的正极活性材料晶体变形与体积膨胀不断积累,使得嵌入过程逐渐变得难以进行。且正极活性材料的粒径落入上述优选范围内时,正极极片的均一性更高,既可以避免粒径太小与电解液产生较多的副反应而影响锂离子电池的性能,又可以避免粒径太大阻碍锂离子在颗粒内部传输而影响锂离子电池的性能。
优选地,所述正极极片的压实密度为2.7~3.7g/cm3,例如:2.7g/cm3、2.9g/cm3、3g/cm3、3.2g/cm3、3.5g/cm3或3.7g/cm3等,优选为2.8~3.4g/cm3
本发明所述正极极片的压实密度控制在2.8~3.4g/cm3,将压实密度控制在此范围内,可保证正极活性材料颗粒的完整性,并且保持颗粒之间良好的电接触。
优选地,所述正极极片的孔隙率为10~40%,例如:10%、15%、20%、30%或40%等,优选为20~30%。
本发明所述正极极片的孔隙率控制在20~30%,将孔隙率控制在此范围内,正极极片层保有电解液的能力更好,可保证正极活性材料颗粒间良好的电解液浸润性,进而正极活性材料和电解液之间的界面电荷转移阻抗更低,从而能进一步提高锂离子电池的动力学性能以及循环性能。
优选地,以所述正极活性物质层的质量为100%计,所述正极活性物质的质量分数为90~97.5%,例如:90%、92%、95%、96%或97.5%等,。
优选地,所述正极活性物质层还包括复合导电剂。
优选地,所述复合导电剂为导电炭黑和单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或石墨烯中的任意一种或至少两种的组合,优选为导电炭黑和单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。
优选地,以所述正极活性物质层的质量为100%计,当所述复合导电剂为导电炭黑和碳纳米管时,所述导电炭黑的质量分数为0.5~2%,例如:0.5%、0.8%、1%、1.2%、1.5%或2%等,碳纳米管的质量分数为0.7~1.5%,例如:0.5%、0.8%、1%、1.2%或1.5%等。
优选地,以所述正极活性物质层的质量为100%计,当所述复合导电剂包括三种或四种导电剂时,所述导电炭黑的质量分数为0.5~2%,例如:0.5%、0.8%、1%、1.2%、1.5%或2%等,优选为0.8~1.8%,其他导电剂的质量分数为0.1~1.5%,例如:0.1%、0.5%、0.8%、1.2%或1.5%等,优选为0.2~1.3%。
第二方面,本发明提供了一种如第一方面所述正极极片的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
(1)将磷酸亚铁锂正极活性物质、导电剂、粘结剂及溶剂进行混合,制成预浆料,将无钴的镍锰二元层状正极材料与所述预浆料进行混合,制成正极浆料;
(2)将正极浆料涂布于正极集流体的至少一个表面,制得所述正极极片。
第三方面,本发明提供了一种锂离子二次电池,所述锂离子二次电池包括如第一方面所述的正极极片、负极极片、隔膜和电解液。
本发明所述负极极片的负极活性物质包括负极活性物质以及可选的导电剂、粘结剂和增稠剂。作为示例,负极活性物质可以是天然石墨、人造石墨、中间相微碳球(MCMB)、硬碳、软碳、硅、硅-碳复合物、SiO、尖晶石结构的钛酸锂Li4Ti5O12、Li-Al合金及金属锂中的一种或多种;导电剂可以是石墨、超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中的一种或多种;粘结剂可以是丁苯橡胶(SBR)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、水性丙烯酸树脂(water-basedacrylic resin)及羧甲基纤维素(CMC)中的一种或多种;增稠剂可以是羧甲基纤维素(CMC)。
负极集流体通常使用金属箔材作为负极集流体,例如铜箔。负极集流体的厚度优选为4μm~12μm,进一步优选为4.5μm~8μm.
负极极片可以按照本领域常规方法制备。通常将负极活性物质及可选的导电剂、
粘结剂和增稠剂分散于溶剂中,溶剂可以是N-甲基吡咯烷酮(NMP)或去离子水,形成均匀的负极浆料,将负极浆料涂覆在负极集流体上,经烘干、冷压、分条、裁片即得到负极极片。
优选地,所述电解液包括正极成膜添加剂。
优选地,所述正极成膜添加剂包括三(三甲基硅烷)磷酸酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯、七甲基二硅氮烷或六甲基二硅氮烷中的任意一种或至少两种的组合,优选为三(三甲基硅烷)磷酸酯。
优选地,以所述电解液的质量为100%计,所述正极成膜添加剂的质量分数为0.01~5%,例如:0.01%、0.2%、0.5%、1%、2%或5%等,优选为0.1~2%。
本发明在电解液中添加正极成膜添加剂,正极成膜添加剂能够在正极界面生成导锂性能良好的界面膜,使电化学阻抗大大降低。
相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明所述正极极片通过将镍锰的二元层状材料和磷酸亚铁锂材料混合,控制活性材料的能量密度和质量占比的关系,使得锂离子二次电池具有与三元电池相当的能量密度水平、倍率性能,同时具有与磷酸亚铁锂相当的成本和安全性能,以及高于三元锂离子电池的循环性能。
(2)本发明对正极膜片配方的正极活性材料磷酸亚铁锂和无钴的镍锰二元正极材料进行组合搭配,可以有效提高电池能量密度水平,同时保证了全电池具有和磷酸亚铁锂电池相当的循环性能和安全性能。
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。
本发明实施例和对比例中所述份数,均为质量份。
实施例1
本实施例提供了一种正极极片,所述正极极片的制备方法如下:
(1)取4.8份磷酸亚铁锂、1份导电炭黑、1份碳纳米管、1.2份PVDF与NMP混合,搅拌得到预浆料,加入92份镍锰二元材料LiNi0.75Mn0.25O2,搅拌得到正极浆料;
(2)将正极浆料均匀涂覆在正极集流体上,转移至烘箱干燥,然后经过冷压、分切得到正极极片。其中,正极活性物质的中值粒径D50为2μm,正极极片的压实密度为3g/cm3,孔隙率为25%。
CNMx=180mAh/g,PNMx=95%,CLFP=142mAh/g,PLFP=5%,CNMx×PNMx/(CLFP×PLFP)=24。
实施例2
本实施例提供了一种正极极片,所述正极极片的制备方法如下:
(1)取19.3份磷酸亚铁锂、1份导电炭黑、1份碳纳米管、1.2份PVDF与NMP混合,搅拌得到预浆料,加入77.5份镍锰二元材料LiNi0.75Mn0.25O2,搅拌得到正极浆料;
(2)将正极浆料均匀涂覆在正极集流体上,转移至烘箱干燥,然后经过冷压、分切得到正极极片。其中,正极活性物质的中值粒径D50为2.2μm,正极极片的压实密度为3.1g/cm3,孔隙率为27%。
CNMx=180mAh/g,PNMx=80%,CLFP=142mAh/g,PLFP=20%,CNMx×PNMx/(CLFP×PLFP)=5。
实施例3
本实施例提供了一种正极极片,所述正极极片的制备方法如下:
(1)取24.2份磷酸亚铁锂、1份导电炭黑、1份碳纳米管、1.2份PVDF与NMP混合,搅拌得到预浆料,加入72.6份镍锰二元材料LiNi0.75Mn0.25O2,搅拌得到正极浆料;
(2)将正极浆料均匀涂覆在正极集流体上,转移至烘箱干燥,然后经过冷压、分切得到正极极片。其中,正极活性物质的中值粒径D50为2μm,正极极片的压实密度为3g/cm3,孔隙率为25%。
CNMx=180mAh/g,PNMx=75%,CLFP=142mAh/g,PLFP=25%,CNMx×PNMx/(CLFP×PLFP)=3.8。
实施例4
本实施例提供了一种正极极片,所述正极极片的制备方法如下:
(1)取29份磷酸亚铁锂、1份导电炭黑、1份碳纳米管、1.2份PVDF与NMP混合,搅拌得到预浆料,加入67.8份镍锰二元材料LiNi0.75Mn0.25O2,搅拌得到正极浆料;
(2)将正极浆料均匀涂覆在正极集流体上,转移至烘箱干燥,然后经过冷压、分切得到正极极片。其中,正极活性物质的中值粒径D50为2μm,正极极片的压实密度为3g/cm3,孔隙率为25%。
CNMx=180mAh/g,PNMx=70%,CLFP=142mAh/g,PLFP=30%,CNMx×PNMx/(CLFP×PLFP)=2.95。
实施例5
本实施例提供了一种正极极片,所述正极极片的制备方法如下:
(1)取9.7份磷酸亚铁锂、1份导电炭黑、1份碳纳米管、1.2份PVDF与NMP混合,搅拌得到预浆料,加入87.1份镍锰二元材料LiNi0.6Mn0.4O2,搅拌得到正极浆料;
(2)将正极浆料均匀涂覆在正极集流体上,转移至烘箱干燥,然后经过冷压、分切得到正极极片。其中,正极活性物质的中值粒径D50为2μm,正极极片的压实密度为3g/cm3,孔隙率为25%。
CNMx=175mAh/g,PNMx=90%,CLFP=142mAh/g,PLFP=10%,CNMx×PNMx/(CLFP×PLFP)=11。
实施例6
本实施例提供了一种正极极片,所述正极极片的制备方法如下:
(1)取19.3份磷酸亚铁锂、1份导电炭黑、1份碳纳米管、1.2份PVDF与NMP混合,搅拌得到预浆料,加入77.5份镍锰二元材料LiNi0.6Mn0.4O2,搅拌得到正极浆料;
(2)将正极浆料均匀涂覆在正极集流体上,转移至烘箱干燥,然后经过冷压、分切得到正极极片。其中,正极活性物质的中值粒径D50为2μm,正极极片的压实密度为3g/cm3,孔隙率为25%。
CNMx=175mAh/g,PNMx=80%,CLFP=142mAh/g,PLFP=20%,CNMx×PNMx/(CLFP×PLFP)=4.9。
实施例7
本实施例提供了一种正极极片,所述正极极片的制备方法如下:
(1)取33.9份磷酸亚铁锂、1份导电炭黑、1份碳纳米管、1.2份PVDF与NMP混合,搅拌得到预浆料,加入62.9份镍锰二元材料LiNi0.6Mn0.4O2,搅拌得到正极浆料;
(2)将正极浆料均匀涂覆在正极集流体上,转移至烘箱干燥,然后经过冷压、分切得到正极极片。其中,正极活性物质的中值粒径D50为2μm,正极极片的压实密度为3g/cm3,孔隙率为25%。
CNMx=175mAh/g,PNMx=65%,CLFP=142mAh/g,PLFP=35%,CNMx×PNMx/(CLFP×PLFP)=2.3。
实施例8
本实施例与实施例2区别仅在于,正极活性物质的中值粒径D50为0.2μm,其他条件与参数与实施例2完全相同。
实施例9
本实施例与实施例2区别仅在于,正极活性物质的中值粒径D50为4μm,其他条件与参数与实施例2完全相同。
实施例10
本实施例与实施例2区别仅在于,正极极片的压实密度为2.8g/cm3,其他条件与参数与实施例2完全相同。
实施例11
本实施例与实施例2区别仅在于,正极极片的压实密度为3.4g/cm3,其他条件与参数与实施例2完全相同。
对比例1
本对比例采用单一的磷酸亚铁锂作为正极活性材料,其他条件与参数与实施例1完全相同。
对比例2
本对比例采用单一的NCM622作为正极活性材料,其他条件与参数与实施例1完全相同。
对比例3
本对比例采用单一的磷酸亚铁锂作为LiNi0.75Mn0.25O2,其他条件与参数与实施例1完全相同。
对比例4
本对比例与实施例1区别仅在于,磷酸亚铁锂的份数为48.4份,LiNi0.75Mn0.25O2的份数为48.4份,其他条件与参数与实施例1完全相同。
CNMx=180mAh/g,PNMx=50%,CLFP=142mAh/g,PLFP=50%,CNMx×PNMx/(CLFP×PLFP)=1.3。
对比例5
本对比例与实施例1区别仅在于,磷酸亚铁锂的份数为3.9份,LiNi0.75Mn0.25O2的份数为92.9份,其他条件与参数与实施例1完全相同。
CNMx=180mAh/g,PNMx=96%,CLFP=142mAh/g,PLFP=4%,CNMx×PNMx/(CLFP×PLFP)=30.4。
对比例6
本对比例与实施例5区别仅在于,磷酸亚铁锂的份数为44.6份,LiNi0.6Mn0.4O2的份数为52.2份,其他条件与参数与实施例1完全相同。
CNMx=175mAh/g,PNMx=54%,CLFP=142mAh/g,PLFP=46%,CNMx×PNMx/(CLFP×PLFP)=1.45。
对比例7
本对比例与实施例5区别仅在于,磷酸亚铁锂的份数为2.8份,LiNi0.6Mn0.4O2的份数为94份,其他条件与参数与实施例1完全相同。
CNMx=175mAh/g,PNMx=97%,CLFP=142mAh/g,PLFP=3%,CNMx×PNMx/(CLFP×PLFP)=39.8。
性能测试:
(1)将负极活性材料、导电剂乙炔黑、增稠剂CMC、粘结剂SBR、溶剂去离子水,在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状,获得负极浆料;将负极浆料均匀涂覆在负极集流体上,转移至烘箱干燥,然后经过冷压、分切得到负极极片。其中,负极极片层的压实密度控制在1.6g/cm3,负极极片层的孔隙率控制在30%。
(3)电解液的制备
所述电解液包括碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)等有机溶剂,锂盐LiPF6,及功能添加剂三(三甲基硅烷)磷酸酯(TMSP),功能添加剂的浓度为1%。
(4)隔离膜的制备
聚乙烯涂层隔离膜。
(5)锂离子电池的制备
将实施例1-11和对比例1-7制得的正极极片、隔离膜、负极极片按顺序叠好,使隔离膜处于正、负极极片之间起到隔离的作用,然后卷绕得到裸电芯;将裸电芯置于外包装壳中,干燥后注入电解液,经过真空封装、静置、化成、整形等工序,获得锂离子电池。
全电池基础数据的测试:
(1)能量密度的设计
将电池基于同等面密度和极限可制造压实下,分别进行体积和重量能量密度计算。
体积能量密度=容量×平台电压/体积。
重量能量密度=容量×平台电压/重量。
(2)二次电池的循环性能测试
在45℃下,将实施例制备得到的新鲜锂离子二次电池搁置5分钟,以1C倍率恒流充电至4.35V,恒流恒压充电至电流小于等于0.05C,之后搁置5分钟,再以1C倍率恒流放电至2.5V,此为一个循环充放电过程,此次的放电容量记为锂离子二次电池第1次循环的放电容量。将锂离子二次电池按照上述方法进行1000次循环充放电测试,记录每一次循环的放电容量。
锂离子二次电池45℃、1C/1C循环1000次后的容量保持率(%)=第1000次循环的放电容量/第1次循环的放电容量×100%。对比例磷酸亚铁锂电池按照常规设计电压区间2.5V~3.8V之间进行上述方案测试。
(3)安全测试
将所制备的锂离子二次电池采用GB/T 31485的针刺方法,进行针刺安全性能边界探索,以不冒烟、不起火、不爆炸为依据判断针刺深度,测试结果如表1所示:
表1
Figure BDA0003621686120000131
Figure BDA0003621686120000141
由表1可以看出,由实施例1-11可得,本发明对正极膜片配方的正极活性材料磷酸亚铁锂和无钴的镍锰二元正极材料进行组合搭配,可以有效提高电池能量密度水平,同时保证了全电池具有和磷酸亚铁锂电池相当的循环性能和安全性能。
由实施例2和实施例8-9对比可得,本发明所述正极极片严格控制所述正极活性物质的中值粒径D50在0.2~4μm,制得正极极片性能较好,粒径太小,正极活性材料的比表面积往往较大,氧化活性变高,表面副反应会增多,由于电解液分解而造成的产气问题突出;而平均粒径太大,锂离子在大粒径颗粒中扩散路径较长,且扩散需要克服的阻力越大,嵌入过程引起的正极活性材料晶体变形与体积膨胀不断积累,使得嵌入过程逐渐变得难以进行。且正极活性材料的粒径落入上述优选范围内时,正极极片的均一性更高,既可以避免粒径太小与电解液产生较多的副反应而影响锂离子电池的性能,又可以避免粒径太大阻碍锂离子在颗粒内部传输而影响锂离子电池的性能。
由实施例2和实施例10-11对比可得,本发明所述正极极片的压实密度控制在2.8~3.4g/cm3,将压实密度控制在此范围内,可保证正极活性材料颗粒的完整性,并且保持颗粒之间良好的电接触。
由实施例2和实施例12-13对比可得,本发明所述正极极片的孔隙率控制在20~30%,将孔隙率控制在此范围内,正极极片层保有电解液的能力更好,可保证正极活性材料颗粒间良好的电解液浸润性,进而正极活性材料和电解液之间的界面电荷转移阻抗更低,从而能进一步提高锂离子电池的动力学性能以及循环性能。
由实施例1和对比例1-3对比可得,本发明所述正极极片通过将镍锰的二元层状材料和磷酸亚铁锂材料混合,使得锂离子二次电池具有与三元电池相当的能量密度水平、倍率性能,同时具有与磷酸亚铁锂相当的成本和安全性能,以及高于三元锂离子电池的循环性能。
由实施例1与对比例4-5和实施例5与对比例6-7对比可得,本发明所述正极极片可根据电芯综合性能的需要,使正极材料满足1.5≤CNMx×PNMx/(CLFP×PLFP)≤30。CNMx×PNMx/(CLFP×PLFP)值越小,对应电池能量密度偏低,但电池安全性能好,循环性能好;CNMx×PNMx/(CLFP×PLFP)值越大,对应电池能量密度高,成本越低。
申请人声明,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)

1.一种正极极片,其特征在于,所述正极极片包括集流体和设置于所述集流体表面的正极活性物质层,所述正极活性物质层中的正极活性物质包括第一活性物质和第二活性物质,所述第一活性物质包括无钴镍锰二元层状正极材料LixNiaMn1-aO2,其中,0.97≤x≤1.03,0<a<1,所述第二活性物质包括磷酸亚铁锂材料,所述第一活性物质和所述第二活性物质满足1.5≤CNMx×PNMx/(CLFP×PLFP)≤30,其中,CNMx为无钴镍锰二元层状材料放电克容量,单位mAh/g,PNMx为正极活性物质中无钴镍锰二元层状材料的重量占比,单位%,CLFP为磷酸亚铁锂放电克容量,单位mAh/g,PLFP为正极活性物质中磷酸亚铁锂的重量占比,单位%,PNMx+PLFP=1。
2.如权利要求1所述的正极极片,其特征在于,所述正极活性物质的中值粒径D50为0.2~8μm,优选为0.2~4μm。
3.如权利要求1或2所述的正极极片,其特征在于,所述正极极片的压实密度为2.7~3.7g/cm3,优选为2.8~3.4g/cm3
4.如权利要求1-3任一项所述的正极极片,其特征在于,所述正极极片的孔隙率为10~40%,优选为20~30%。
5.如权利要求1-4任一项所述的正极极片,其特征在于,以所述正极活性物质层的质量为100%计,所述正极活性物质的质量分数为90~97.5%。
6.如权利要求1-5任一项所述的正极极片,其特征在于,所述正极活性物质层还包括复合导电剂;
优选地,所述复合导电剂为导电炭黑和单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或石墨烯中的任意一种或至少两种的组合,优选为导电炭黑和单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。
7.如权利要求6所述的正极极片,其特征在于,以所述正极活性物质层的质量为100%计,当所述复合导电剂为导电炭黑和碳纳米管时,所述导电炭黑的质量分数为0.5~2%,碳纳米管的质量分数为0.7~1.5%;
优选地,以所述正极活性物质层的质量为100%计,当所述复合导电剂包括三种或四种导电剂时,所述导电炭黑的质量分数为0.5~2%,优选为0.8~1.8%,其他导电剂的质量分数为0.1~1.5%,优选为0.2~1.3%。
8.一种如权利要求1-7任一项所述正极极片的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:
(1)将磷酸亚铁锂正极活性物质、导电剂、粘结剂及溶剂进行混合,制成预浆料,将无钴的镍锰二元层状正极材料与所述预浆料进行混合,制成正极浆料;
(2)将正极浆料涂布于正极集流体的至少一个表面,制得所述正极极片。
9.一种锂离子二次电池,其特征在于,所述锂离子二次电池包括如权利要求1-7任一项所述的正极极片、负极极片、隔膜和电解液。
10.如权利要求9所述的锂离子二次电池,其特征在于,所述电解液包括正极成膜添加剂;
优选地,所述正极成膜添加剂包括三(三甲基硅烷)磷酸酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯、七甲基二硅氮烷或六甲基二硅氮烷中的任意一种或至少两种的组合,优选为三(三甲基硅烷)磷酸酯;
优选地,以所述电解液的质量为100%计,所述正极成膜添加剂的质量分数为0.01~5%,优选为0.1~2%。
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