CN115036452A - 一种锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括正极极片，所述正极极片包括正极集流体层、安全底涂层、活性物质层和快离子层；所述安全底涂层、活性物质层和快离子层依次设置在正极集流体层至少一侧表面；安全底涂层中通过使用安全性能较高的活性物质及粘结剂，有效的避免了在针刺的过程中，负极材料与正极集流体的接触，在很大程度上避免了针刺过程中所产生的安全事故；通过在活性物质层表面增加一层快离子层，可以有效的提升正极的电导率，降低电芯内阻。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种适用于2-10C快充体系的锂 离子电池。
背景技术
近几年，随着科技的进展，锂离子电池凭借其独特的高容量、循环寿命长、 无记忆效应、较高的能量密度、清洁无污染等优势，逐渐占据了电池行业的大 部分市场，目前锂离子电池多应用在手机、笔记本电脑以及电动汽车领域。随 着人们生活节奏的加快以及手机等通讯设备智能化的普及，对锂离子电池的要 求也在不断发生着变化，待机时间久、快速充电成了对新一代锂离子电池的要 求。为了缩短充电的时间，很多厂家提出了2-10C(甚至是5-10C)这种快速充 电的理念。
目前，市场上多见的聚合物锂离子电池是由含锂氧化物正极(钴酸锂、镍 钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、磷酸铁锂等组成)，负极(天然石墨、人造石墨、硬 炭、中间相碳微球、钛酸锂、硅炭、氧化亚硅等组成)、有机电解液以及隔膜 组成。随着对快充性能要求的提升，电池中各组分材料的设计及电芯的设计也 需要进行一系列的调整，以适应越来越高的快速充电性能的要求。
但目前常规的正极材料还无法满足快速充电的需求，同时在大倍率的充电 情况下，整个电芯会由于电池内部各组件的剧烈反应而产热，从而升高电芯温 度，有起火失效的安全风险。
发明内容
为了改善现有技术的不足，本发明提供一种适用于2-10C快充体系的锂离子 电池，所述锂离子电池包括正极极片，所述正极极片的使用可有效的提升电芯 的动力学性能，改善电芯的快速充电性能，使其在2C以上的倍率下循环稳定性 优异，同时可有效的降低电池温升和阻抗，在大电流充电的情况下，电芯整体 温升较小，有效避免了安全风险的发生，另外还可以解决电池的针刺通过率， 实现电池安全性能和倍率性能的兼顾。
术语“快充体系”是指可满足大倍率充电条件下使用的电芯体系，如2C-10C， 例如为2C、3C、5C、10C等。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种锂离子电池，所述锂离子电池包括正极极片，所述正极极片包括正极 集流体层、安全涂层、活性物质层和快离子层；所述安全涂层设置在正极集流 体层至少一侧表面，所述活性物质层设置在安全涂层表面，所述快离子层设置 在活性物质层表面；
其中，所述安全涂层包括锂复合金属氧化物活性物质A、第一导电剂和第一 粘结剂；所述活性物质层包括锂复合金属氧化物活性物质B、第二导电剂和第二 粘结剂；所述快离子层包括快离子导体类材料、第三导电剂和第三粘结剂。
根据本发明，所述锂复合金属氧化物活性物质A和所述锂复合金属氧化物活 性物质B相同或不同，彼此独立地为下述(1)～(5)类物质中的至少一种：
(1)钴酸锂类化合物，其化学式为LicCo1-a-bMaM’bO2；其中0.65≤c≤0.95， 0≤a≤0.1，0≤b≤0.1，M、M’元素相同或不同，彼此至少独立地选自Al、Mg、Ti、 Zr、Ni、Mn、Y、La、Sr、B、F元素中的一种或多种；
(2)镍钴锰酸锂类化合物，其化学式为LiwNi1-x-y-zCoxMnyAzO2；其中 0.65≤w≤0.95，0.05≤x≤0.3，0≤y≤0.3，0≤z≤0.05，A元素选自Al、Mg、Ti、Zr、Y、 La、Sr、B、F中的一种或多种；
(3)镍钴铝酸锂类化合物，其化学式为LiwNi1-x-y-zCoxAlyA’zO2；其中 0.65≤w≤0.95，0.05≤x≤0.3，0≤y≤0.3，0≤z≤0.05，A’元素选自Mn、Mg、Ti、Zr、 Y、La、Sr、B、F中的一种或多种；
(4)磷酸锂类化合物，其化学式为LiMPO4，其中M选自Fe、Mn中的一种 或多种；
(5)锰系锂的氧化物，如Li2MnO4等。
根据本发明，若所述锂复合金属氧化物活性物质A和/或锂复合金属氧化物 活性物质B选自上述(1)、(2)和(3)类物质时，所述锂复合金属氧化物活 性物质A中的Li与Me的摩尔比Li/Me为0.65～0.98，优选为0.75～0.98；其中Me为 Ni、Co和Mn，例如Li/Me为0.65、0.77、0.89、0.92、0.98，所述锂复合金属氧化 物活性物质B中的Li/Me为0.65～0.98，优选为0.75～0.98；其中Me为Ni、Co和Mn， 例如Li/Me为0.65、0.77、0.89、0.92、0.98；
根据本发明，所述锂复合金属氧化物活性物质A的制备原料和所述锂复合金 属氧化物活性物质B的制备原料相同或不同，彼此独立地选自下述(1’)～(5’) 类物质中的至少一种：
(1’)钴酸锂类化合物，其化学式为LicCo1-a-bMaM’bO2；其中0.95≤c≤1.05， 0≤a≤0.1，0≤b≤0.1，M、M’元素相同或不同，彼此至少独立地选自Al、Mg、Ti、 Zr、Ni、Mn、Y、La、Sr、B、F元素中的一种或多种；
(2’)镍钴锰酸锂类化合物，其化学式为LiwNi1-x-y-zCoxMnyAzO2；其中 0.95≤w≤1.05，0.05≤x≤0.3，0≤y≤0.3，0≤z≤0.05，A元素选自Al、Mg、Ti、Zr、Y、 La、Sr、B、F中的一种或多种；
(3’)镍钴铝酸锂类化合物，其化学式为LiwNi1-x-y-zCoxAlyA’zO2；其中 0.95≤w≤1.05，0.05≤x≤0.3，0≤y≤0.3，0≤z≤0.05，A’元素选自Mn、Mg、Ti、Zr、 Y、La、Sr、B、F中的一种或多种；
(4’)磷酸锂类化合物，其化学式为LiMPO4，其中M选自Fe、Mn中的一种 或多种；
(5’)锰系锂的氧化物，如Li2MnO4等。
根据本发明，若所述锂复合金属氧化物活性物质A和/或锂复合金属氧化物 活性物质B的制备原料选自上述(1’)、(2’)和(3’)类物质时，所述锂复合 金属氧化物活性物质A的制备原料中的Li与Me的摩尔比Li/Me为1～1.03，其中Me 为Ni、Co和Mn，例如Li/Me为1、1.01、1.02或1.03，所述锂复合金属氧化物活性 物质B的制备原料中的Li与Me的摩尔比Li/Me为1～1.03，其中Me为Ni、Co和Mn， 例如Li/Me为1、1.01、1.02或1.03。
本发明中，由于在锂离子电池首次充放电的过程中，一部分的锂离子用于 形成正负极表面的保护层，即CEI膜与SEI膜，造成不可逆的一部分Li+的损失， 因此锂离子电池中的锂复合金属氧化物活性物质中Li含量明显比粉料状态的锂 复合金属氧化物活性物质的制备原料中Li含量低。
优选地，所述锂复合金属氧化物活性物质A和锂复合金属氧化物活性物质B 相同或不同，彼此独立地选自钴酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、 锰酸锂中的一种或多种的组合。
根据本发明，所述安全涂层中的锂复合金属氧化物活性物质A的最大粒度 Dmax满足Dmax≤20μm。
根据本发明，所述活性物质层中的锂复合金属氧化物活性物质B的D50为 0.5～20μm，例如为0.5μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、 10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm或20μm。
优选地，所述钴酸锂类化合物的D50为6～16μm，例如为6μm、7μm、8μm、9μm、 10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm或16μm。
优选地，所述镍钴锰酸锂类化合物或镍钴铝酸锂类化合物的D50为3～10μm， 例如为3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm。
优选地，所述磷酸锂类化合物的D50为0.5～8μm，例如为0.5μm、1μm、2μm、 3μm、4μm、6μm或8μm。
优选地，所述锰系锂的氧化物的D50为10～20μm，例如为10μm、12μm、15μm、 16μm、18μm或20μm。
根据本发明，所述快离子导体类材料选自磷酸钛铝锂、钛酸镧锂、钽酸镧 锂、磷酸锗铝锂、三氧化二硼掺杂磷酸锂、锂镧锆氧、镧锆铝锂氧、铌掺杂锂 镧锆氧、钽掺杂锂镧锆氧和铌掺杂锂镧锆氧中的一种或几种的组合。
根据本发明，所述快离子层中的快离子导体类材料的D50为0.2～4μm，例如 为0.2μm、0.3μm、0.5μm、0.8μm、1μm、1.5μm、1.8μm、2μm、2.2μm、2.5μm、 2.8μm、3μm、3.5μm或4μm。
优选地，所述快离子导体类材料的D50为0.3～1μm，例如为0.3μm、0.4μm、 0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm或1μm。
本发明中，所述D50是指累计粒度分布百分数达到50％时所对应的粒度数值， 通常用其数值来表示粉体的平均粒径。
根据本发明，单侧安全涂层的厚度(辊压后的厚度)为3～15μm，优选为 5～10μm，例如为5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm。
根据本发明，单侧活性物质层的厚度(辊压后的厚度)为40～80μm，优选 为40～60μm，例如为40μm、45μm、50μm、55μm、60μm。
根据本发明，单侧快离子层的厚度(辊压后的厚度)为1～12μm，优选为 1～8μm，例如为1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm。
根据本发明，所述安全涂层中，锂复合金属氧化物活性物质A的质量占安全 涂层总质量的64.5～89.5wt％，第一导电剂的质量占安全涂层总质量的 1.5～5.5wt％；第一粘结剂的质量占安全涂层总质量的9.0～30.0wt％。所述安全涂 层中加入较多量的第一粘结剂可以使涂层更加稳定牢固，以保证底涂层不会从 集流体上脱落。
根据本发明，所述活性物质层中，锂复合金属氧化物活性物质B的质量占活 性物质层总质量的90～99wt％，优选96～99wt％，例如为90wt％、91wt％、92wt％、 93wt％、94wt％、95wt％、96wt％、97wt％、98wt％、99wt％。
根据本发明，所述快离子层中，快离子导体类材料的质量占快离子层总质 量的70～95wt％，优选85～95wt％，例如为85wt％、86wt％、87wt％、88wt％、 89wt％、90wt％、91wt％、92wt％、93wt％、94wt％、95wt％。
根据本发明，所述活性物质层中，第二导电剂和第二粘结剂的质量比为(0.5～2):1，例如为0.5:1、1:1、1.5:1或2:1。
根据本发明，所述快离子层中，第三导电剂和第三粘结剂的质量比为 (0.5～2):1，例如为0.5:1、1:1、1.5:1或2:1。
根据本发明，所述第一导电剂、第二导电剂和第三导电剂相同或不同，彼 此独立地为导电石墨、导电炭黑、科琴黑、乙炔黑、碳纤维、单壁碳纳米管、 多壁碳纳米管、石墨烯中的一种或多种的组合。
根据本发明，所述第一粘结剂、第二粘结剂和第三粘结剂为聚偏氟乙烯 (PVDF)。
根据本发明，所述正极集流体选自铝箔。所述正极集流体层的厚度为 8～12μm。
根据本发明，所述正极极片的面密度为17～27mg/cm2，所述正极极片的孔隙 率为12～30％，所述正极极片的压实密度为3.2～4.3g/cm3。
根据本发明，所述正极极片是通过如下方法制备得到的：
(1)将锂复合金属氧化物活性物质A、第一导电剂和第一粘结剂混合制备 得到浆料，涂覆到正极集流体表面，制备得到涂覆安全涂层的正极极片；
(2)将锂复合金属氧化物活性物质B、第二导电剂和第二粘结剂混合制备 得到浆料，涂覆到安全涂层表面，制备得到涂覆活性物质层和安全涂层的正极 极片；
(3)将快离子导体类材料、第三导电剂和第三粘结剂混合制备得到浆料， 涂覆到活性物质层表面，制备得到涂覆快离子层、活性物质层和安全涂层的正 极极片；
(4)将步骤(3)中涂覆完成的正极极片进行辊压，得到辊压后的正极极 片。
根据本发明，所述涂覆例如可以是挤压涂覆、喷涂等方式。
根据本发明，所述锂离子电池为2-10C(如5-10C)快充体系锂离子电池。
根据本发明，所述锂离子电池还包括负极极片、隔膜和电解液。
根据本发明，所述负极极片包括负极活性物质，所述负极活性物质包括石 墨材料和/或硅材料。
根据本发明，所述隔膜为本领域已知的隔膜，例如为本领域已知的商业锂 离子电池用隔膜。
根据本发明，所述石墨材料至少为人造石墨、天然石墨等中的一种。
根据本发明，所述硅材料例如为Si、SiC和SiOx(0<x<2)中的一种或多种。
根据本发明，所述硅材料占石墨材料和硅材料总质量的0～20wt％，优选纯石 墨材料作为负极。
根据本发明，所述非水电解液为本领域已知的常规电解液，溶剂含有碳酸 乙烯酯(简写为EC)、碳酸二乙酯(简写为DEC)、碳酸丙烯酯(简写为PC)、氟代碳 酸乙烯酯(简写为FEC)等。
本发明提供上述锂离子电池的制备方法，所述方法包括将上述的正极极片、 负极极片、非水电解液和隔膜组装成锂离子电池。
本发明还提供一种降低电池在2-10C(如5-10C)快充体系下的温升和阻抗 的方法，所述方法包括使用上述的锂离子电池。
本发明中，含有该正极极片的锂离子电池可有效的提升电芯的动力学性能， 改善电芯的快速充电性能，使其在2C以上(如5C以上)的倍率下循环稳定性优 异，同时可有效的降低，在大电流充电的情况下，电芯整体温升较小，有效避 免了安全风险的发生。
本发明的有益效果：
本发明提供一种适用于快充体系的正极极片及含有该正极极片的锂离子电 池，所述正极极片包括正极集流体层、安全底涂层、活性物质层和快离子层； 所述安全底涂层、活性物质层和快离子层依次设置在正极集流体层至少一侧表 面；安全底涂层中通过使用安全性能较高的活性物质及粘结剂，有效的避免了 在针刺的过程中，负极材料与正极集流体的接触，在很大程度上避免了针刺过 程中所产生的安全事故；通过在活性物质层表面增加一层快离子层，可以有效 的提升正极的电导率，降低电芯内阻。同时，本发明中的新型多层涂覆极片结 构设计，比目前常规一层涂覆结构的极片具有更高的离子电导率和电子电导率； 应用于锂离子电池体系中，能有效的改善正极极片的表面电阻，降低电池的内 阻，改善电芯的快速充电性能，使其在2C以上(如5C以上)的倍率下循环稳定 性优异，同时可有效的降低，在大电流充电的情况下，电芯整体温升较小，有 效避免了安全风险的发生。
附图说明
图1为实施例1中正极极片的结构示意图；
图2为实施例3和对比例1在5C充满下的温升曲线。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明做更进一步的详细说明。应当理解，下列 实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的 限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施 例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
(1)制备正极极片
将LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、PVDF、Super-P以88％:3％:9％的重量比混合，具体为： 在双行星搅拌罐中加入LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2和Super-P，以公转30rpm，自转1500rpm 搅拌10min，向体系中加入PVDF和N-甲基吡咯烷酮(NMP)，搅拌2h，调节浆料 粘度为500～4000mPa·s，抽真空搅拌30min后，用200目筛网进行过滤，得到安全 涂层浆料。将安全涂层浆料用喷涂机涂覆到10μm厚的铝箔两侧表面，涂覆速度 为30m/s，涂覆后分5段烘箱进行干燥处理，每段烘箱的温度分别为60℃、70℃、 90℃、120℃、120℃，干燥后放入烘箱中烘烤，烘箱温度为120℃，烘烤6h，充 氮气作为保护气，其中LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的粒度D50为3.5μm，Dmax为7.5μm；
将LiCoO2、PVDF、Super-P以97％:1.5％:1.5％的重量比混合，加入N-甲基吡 咯烷酮(NMP)，具体为：在双行星搅拌罐中加入LiCoO2和Super-P，以公转30rpm， 自转1500rpm搅拌10min，向体系中加入PVDF和NMP，搅拌2h，调节浆料粘度为 3000～7000mPa·s，抽真空搅拌30min后，用200目筛网进行过滤，得到正极活性 物质层浆料。将正极活性物质层浆料涂覆到安全涂层两侧表面，其中钴酸锂的 粒度D50为15μm；
将快离子导体类材料磷酸钛铝锂(LATP)、PVDF、碳纳米管以94％:3％:3％ 的重量比混合，将混合物分散于NMP中，通过双行星搅拌后，获得浆液。将该 浆液涂覆到活性物质层表面，涂覆后烘干，得到涂覆快离子层的正极极片，其 中磷酸钛铝锂的粒度D50为0.5μm；
将得到的带有涂覆层的正极极片进行辊压，按压实密度为4.0g/cm3进行辊压 后得到正极极片，制备得到的正极极片具有如图1所示的结构；在正极集流体1 表面两侧分别设置安全涂层、活性物质层和快离子层，其中安全涂层的厚度为 8μm，活性物质层的厚度为55μm，快离子层的厚度为7μm；
(2)制备锂离子电池及测试
将负极活性物质、苯乙烯二烯橡胶(SBR)、羟甲基纤维素钠、导电碳黑以 94％:3％:2％:1％的重量比混合，将混合物分散于水中通过双行星混合后得到负极 浆液。将该浆液涂覆于铜集流体上，接着进行辊压及干燥，制备带有负极材料 的负极片。
使用的非水电解液包括锂盐和溶剂，溶剂含有碳酸乙烯酯(简写为EC)、碳 酸二乙酯(简写为DEC)、碳酸丙烯酯(简写为PC)、氟代碳酸乙烯酯(简写为FEC) 等，锂盐为1mol/L的六氟磷酸锂。
然后将正极极片、隔膜和负极极片通过卷绕的方式进行卷绕得到卷芯后， 注入电解液，封装于铝塑袋中，热压化成后得到软包电芯，测试其容量为2950 mAh。
测量软包电芯每周循环的容量保持率(测试条件：在5C充电及0.7C放电的 条件下，充放电温度为25℃，电压范围为3.0～4.45V)，测试软包电芯在5C恒流 恒压充电至4.45V的温升，测试软包电芯常温70％SOC下的DCIR，测试软包电芯 在常温下0.2C、0.5C、1.0C、2.0C、5.0C的倍率放电容量(取0.2C容量作100％初 始对比容量保持率)，测试电芯满电情况下的针刺通过率。
(3)测试Li含量
对锂离子电池中正极极片进行测试，测试得正极极片中锂的摩尔质量为0.92mol，同时测试此状态下的Me含量，经过计算，得出此时的Li/Me为0.97。这 主要是由于在锂离子电池首次充放电的过程中，一部分的锂离子用于形成正负 极表面的保护层，即CEI膜与SEI膜，造成不可逆的一部分Li+的损失，因此锂离 子电池中的锂复合金属氧化物活性物质中Li含量明显比粉料状态的锂复合金属 氧化物活性物质的制备原料中Li含量低。
实施例2
实施例2的正极极片制备方法其余部分与实施例1相同，不同之处在于快离 子导体类材料更换为锂镧锆氧(LLZO)；制备锂离子电池及测试步骤相同。
实施例3
实施例3的正极极片制备方法其余部分与实施例1相同，不同之处在于安全 涂层中活性物质的选择为磷酸铁锂；制备锂离子电池及测试步骤相同。
实施例4
实施例4的正极极片制备方法其余部分与实施例1相同，不同之处在于安全 涂层的厚度为5μm；制备锂离子电池及测试步骤相同。
实施例5
实施例5的正极极片制备方法其余部分与实施例1相同，不同之处在于安全 涂层的厚度为10μm；制备锂离子电池及测试步骤相同。
实施例6
实施例6的正极极片制备方法其余部分与实施例1相同，不同之处在于活性 物质层的厚度为50μm，快离子层的厚度为4μm；制备锂离子电池及测试步骤相 同。
实施例7
实施例7的正极极片制备方法其余部分与实施例1相同，不同之处在于活性 物质层的厚度为70μm，快离子层的厚度为10μm；制备锂离子电池及测试步骤相 同。
对比例1
其他同实施例1，不同之处在于只涂覆钴酸锂活性物质层：
将钴酸锂、PVDF、碳纳米管以97％:1.5％:1.5％的重量比混合，将混合物分 散于NMP中，通过双行星搅拌后，获得正极活性物质浆液。将该正极活性物质 浆液涂覆在正极集流体两侧，涂覆后烘干，得到涂覆活性物质层的正极极片， 其中钴酸锂的粒度D50为15μm；
将得到的带有涂覆层的正极极片进行辊压，按压实密度为4.0g/cm3进行辊压 后得到正极极片，其中活性物质层的厚度为70μm。
对比例2
其他同实施例1，不同之处在于涂覆层不同：
将活性物质LiCoO2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、PVDF、碳纳米管以 90％:7％:1.5％:1.5％的重量比混合，将混合物分散于NMP中，通过双行星搅拌后， 获得正极活性物质浆液。将该正极活性物质浆液涂覆在正极集流体两侧，涂覆 后烘干，得到涂覆活性物质层的正极极片；
将快离子导体磷酸钛铝锂(LATP)、PVDF、碳纳米管以94％:3％:3％的重 量比混合，将混合物分散于NMP中，通过双行星搅拌后，获得浆液。将该浆液 涂覆于涂覆活性物质层的正极极片表面，涂覆后烘干，得到涂覆快离子层和活 性物质层的正极极片；
将得到的带有涂覆层的正极极片进行辊压，按压实密度为4.0g/cm3进行辊压 后得到正极极片，其中，活性物质层的厚度为63μm，快离子层的厚度为7μm。
对比例3
其他同实施例1，不同之处在于涂覆层不同：
将LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、PVDF、Super-P以88％:3％:9％的重量比混合，具体为： 在双行星搅拌罐中加入LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2和Super-P，以公转30rpm，自转1500rpm 搅拌10min，向体系中加入PVDF和N-甲基吡咯烷酮(NMP)，搅拌2h，调节浆料 粘度为500～4000mPa·s，抽真空搅拌30min后，用200目筛网进行过滤，得到安全 涂层浆料。将安全涂层浆料用喷涂机涂覆到10μm厚的铝箔两侧表面，涂覆速度 为30m/s，涂覆后分5段烘箱进行干燥处理，每段烘箱的温度分别为60℃、70℃、 90℃、120℃、120℃，干燥后放入烘箱中烘烤，烘箱温度为120℃，烘烤6h，充 氮气作为保护气，其中LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的粒度D50为3.5μm，Dmax为7.5μm；
将活性物质钴酸锂、LATP、碳纳米管以90％:7％:1.5％:1.5％的重量比混合， 将混合物分散于NMP中，通过双行星搅拌后，获得正极活性物质浆液。将该正 极活性物质浆液涂覆于涂覆安全涂层的正极极片表面，涂覆后烘干，得到正极 极片；
将得到的带有涂覆层的正极极片进行辊压，按压实密度为4.0g/cm3进行辊压 后得到正极极片，其中，活性物质层的厚度为80μm，安全涂层的厚度为8μm。
对比例4
其他同实施例1，不同之处在于：
将LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、钴酸锂、快离子导体磷酸钛铝锂(LATP)、PVDF、 碳纳米管以3％:89％:3％％:3％:3％的重量比混合，将混合物分散于NMP中，通过 双行星搅拌后，获得浆液。将该浆液涂覆与正极集流体表面，涂覆后烘干，得 到正极极片；
将得到的带有涂覆层的正极极片进行辊压，按压实密度为4.0g/cm3进行辊压 后得到正极极片，其中，涂层的总厚度为88μm。
对比例5
其他同实施例1，不同之处在于：
正极极片的制备步骤只包括步骤1和步骤2，即得到的正极极片是涂覆安全 涂层和活性物质层双层涂覆的正极极片。其中，安全涂层的厚度为8μm，活性物 质涂层的厚度为65μm。
对比例6
其他用实施例1，不同之处在于：
正极极片的制备步骤只包括步骤2和步骤3，即得到的正极极片是涂覆活性 物质层和快离子层双层涂覆的正极极片。其中，活性物质涂层的厚度为65μm， 快离子导体涂层的厚度为7μm。
将实施例1-7和对比例1-6制得的电池进行测试，测试结果如表1和图2所示：
表1实施例1-7和对比例1-6制得的电池的电性能汇总
由表1可以看出：使用本发明的锂离子电池性能得到明显改善。上述实施例 为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其 它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和 简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
对上述实施例和对比例制备得到的电池进行如下表征：
基于实施例1和对比例5，可以看出，快离子层的引入有利于提升电芯的快 充性能，有效的降低内阻，主要是因为快离子材料能有效提升正极极片的离子 电导率，从而改善正极极片在充放电过程中的锂离子迁移速度。
基于实施例1、实施例3可以看出，当安全涂层的活性物质选择为磷酸铁锂 时，电芯的安全性能最优。
基于实施例1、实施例4、实施例5可以看出，不同的安全涂层厚度会有效的 影响电芯的安全性能，随着安全涂层厚度的增加，针刺的通过率有所提升。
通过对本发明中的各组方案进行5C充满的温升测试，可以发现，本发明中 的技术方案可以有效的降低其温升，降低因极化而产生的温升的风险。
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)
1.一种锂离子电池，所述锂离子电池包括正极极片，所述正极极片包括正极集流体层、安全涂层、活性物质层和快离子层；所述安全涂层设置在正极集流体层至少一侧表面，所述活性物质层设置在安全涂层表面，所述快离子层设置在活性物质层表面；
其中，所述安全涂层包括锂复合金属氧化物活性物质A、第一导电剂和第一粘结剂；所述活性物质层包括锂复合金属氧化物活性物质B、第二导电剂和第二粘结剂；所述快离子层包括快离子导体类材料、第三导电剂和第三粘结剂。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其中，所述锂复合金属氧化物活性物质A和所述锂复合金属氧化物活性物质B相同或不同，彼此独立地为下述(1)～(5)类物质中的至少一种：
(1)钴酸锂类化合物，其化学式为LicCo1-a-bMaM’bO2；其中0.65≤c≤0.95，0≤a≤0.1，0≤b≤0.1，M、M’元素相同或不同，彼此至少独立地选自Al、Mg、Ti、Zr、Ni、Mn、Y、La、Sr、B、F元素中的一种或多种；
(2)镍钴锰酸锂类化合物，其化学式为LiwNi1-x-y-zCoxMnyAzO2；其中0.65≤w≤0.95，0.05≤x≤0.3，0≤y≤0.3，0≤z≤0.05，A元素选自Al、Mg、Ti、Zr、Y、La、Sr、B、F中的一种或多种；
(3)镍钴铝酸锂类化合物，其化学式为LiwNi1-x-y-zCoxAlyA’zO2；其中0.65≤w≤0.95，0.05≤x≤0.3，0≤y≤0.3，0≤z≤0.05，A’元素选自Mn、Mg、Ti、Zr、Y、La、Sr、B、F中的一种或多种；
(4)磷酸锂类化合物，其化学式为LiMPO4，其中M选自Fe、Mn中的一种或多种；
(5)锰系锂的氧化物。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池，其中，若所述锂复合金属氧化物活性物质A和/或锂复合金属氧化物活性物质B选自上述(1)、(2)和(3)类物质时，所述锂复合金属氧化物活性物质A中的Li与Me的摩尔比Li/Me为0.65～0.98，其中Me为Ni、Co和Mn，所述锂复合金属氧化物活性物质B中的Li与Me的摩尔比Li/Me为0.65～0.98，其中Me为Ni、Co和Mn。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池，其中，所述锂复合金属氧化物活性物质A和/或锂复合金属氧化物活性物质B的制备原料选自下述(1’)～(5’)类物质中的至少一种：
(1’)钴酸锂类化合物，其化学式为LicCo1-a-bMaM’bO2；其中0.95≤c≤1.05，0≤a≤0.1，0≤b≤0.1，M、M’元素相同或不同，彼此至少独立地选自Al、Mg、Ti、Zr、Ni、Mn、Y、La、Sr、B、F元素中的一种或多种；
(2’)镍钴锰酸锂类化合物，其化学式为LiwNi1-x-y-zCoxMnyAzO2；其中0.95≤w≤1.05，0.05≤x≤0.3，0≤y≤0.3，0≤z≤0.05，A元素选自Al、Mg、Ti、Zr、Y、La、Sr、B、F中的一种或多种；
(3’)镍钴铝酸锂类化合物，其化学式为LiwNi1-x-y-zCoxAlyA’zO2；其中0.95≤w≤1.05，0.05≤x≤0.3，0≤y≤0.3，0≤z≤0.05，A’元素选自Mn、Mg、Ti、Zr、Y、La、Sr、B、F中的一种或多种；
(4’)磷酸锂类化合物，其化学式为LiMPO4，其中M选自Fe、Mn中的一种或多种；
(5’)锰系锂的氧化物；
所述锂复合金属氧化物活性物质A和/或锂复合金属氧化物活性物质B的制备原料选自上述第(1’)、(2’)和(3’)类物质时，所述锂复合金属氧化物活性物质A的制备原料中的Li与Me的摩尔比Li/Me为1～1.03，其中Me为Ni、Co和Mn，所述锂复合金属氧化物活性物质B的制备原料中的Li与Me的摩尔比Li/Me为1～1.03，其中Me为Ni、Co和Mn。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池，其中，所述安全涂层中的锂复合金属氧化物活性物质A的最大粒度Dmax满足Dmax≤20μm；和/或，
所述活性物质层中的锂复合金属氧化物活性物质B的D50为0.5～20μm。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池，其中，所述快离子导体类材料选自磷酸钛铝锂、钛酸镧锂、钽酸镧锂、磷酸锗铝锂、三氧化二硼掺杂磷酸锂、锂镧锆氧、镧锆铝锂氧、铌掺杂锂镧锆氧、钽掺杂锂镧锆氧和铌掺杂锂镧锆氧中的一种或几种的组合；和/或，
所述快离子层中的快离子导体类材料的D50为0.2～4μm。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池，其中，单侧安全涂层的厚度为3～15μm；和/或，单侧活性物质层的厚度为40～80μm；和/或，单侧快离子层的厚度为1～12μm。
8.根据权利要求1所述的锂离子电池，其中，所述安全涂层中，锂复合金属氧化物活性物质A的质量占安全涂层总质量的64.5～89.5wt％，第一导电剂的质量占安全涂层总质量的1.5～5.5wt％；第一粘结剂的质量占安全涂层总质量的9.0～30.0wt％；和/或，
所述活性物质层中，锂复合金属氧化物活性物质B的质量占活性物质层总质量的90～99wt％；所述活性物质层中，第二导电剂和第二粘结剂的质量比为(0.5～2):1。
9.根据权利要求1所述的锂离子电池，其中，所述快离子层中，快离子导体类材料的质量占快离子层总质量的70～95wt％；所述快离子层中，第三导电剂和第三粘结剂的质量比为(0.5～2):1。
10.根据权利要求1-9任一项所述的锂离子电池，其中，所述锂离子电池为2-10C快充体系锂离子电池。
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Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150236374A1 (en) * | 2013-08-29 | 2015-08-20 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | All-solid lithium secondary battery |
| CN108336302A (zh) * | 2017-12-19 | 2018-07-27 | 成都英诺科技咨询有限公司 | 一种锂电池正极结构组合及其制备方法、锂电池电芯 |
| CN109980181A (zh) * | 2017-12-27 | 2019-07-05 | 财团法人工业技术研究院 | 锂离子电池用正极 |
| CN110492102A (zh) * | 2019-08-19 | 2019-11-22 | 珠海冠宇电池有限公司 | 一种锂离子电池极片及其制备方法及锂离子电池 |
| CN111092194A (zh) * | 2018-10-23 | 2020-05-01 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 一种正极极片、其制备方法以及锂离子二次电池 |
| CN111200113A (zh) * | 2018-11-16 | 2020-05-26 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 一种正极极片及电化学装置 |
| CN112072069A (zh) * | 2020-09-04 | 2020-12-11 | 珠海冠宇电池股份有限公司 | 一种正极极片及包括该正极极片的锂离子电池 |
| CN112072071A (zh) * | 2020-09-04 | 2020-12-11 | 珠海冠宇电池股份有限公司 | 一种正极极片及包括该正极极片的锂离子电池 |
| CN112072070A (zh) * | 2020-09-04 | 2020-12-11 | 珠海冠宇电池股份有限公司 | 一种正极极片及包括该正极极片的锂离子电池 |
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Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150236374A1 (en) * | 2013-08-29 | 2015-08-20 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | All-solid lithium secondary battery |
| CN108336302A (zh) * | 2017-12-19 | 2018-07-27 | 成都英诺科技咨询有限公司 | 一种锂电池正极结构组合及其制备方法、锂电池电芯 |
| CN109980181A (zh) * | 2017-12-27 | 2019-07-05 | 财团法人工业技术研究院 | 锂离子电池用正极 |
| CN111092194A (zh) * | 2018-10-23 | 2020-05-01 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 一种正极极片、其制备方法以及锂离子二次电池 |
| CN111200113A (zh) * | 2018-11-16 | 2020-05-26 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 一种正极极片及电化学装置 |
| CN110492102A (zh) * | 2019-08-19 | 2019-11-22 | 珠海冠宇电池有限公司 | 一种锂离子电池极片及其制备方法及锂离子电池 |
| CN112072069A (zh) * | 2020-09-04 | 2020-12-11 | 珠海冠宇电池股份有限公司 | 一种正极极片及包括该正极极片的锂离子电池 |
| CN112072071A (zh) * | 2020-09-04 | 2020-12-11 | 珠海冠宇电池股份有限公司 | 一种正极极片及包括该正极极片的锂离子电池 |
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