CN115132965A - 一种正极片及其应用 - Google Patents

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彭冲
李俊义
李娟�
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Abstract

本发明提供一种正极片及其应用。本发明的正极片的正极活性层沿远离正极集流体的方向依次包括层叠设置的第一正极活性层、第二正极活性层以及第三正极活性层；第一正极活性层包括第一钴酸锂，第二正极活性层包括第二钴酸锂，第三正极活性层包括第三钴酸锂；其中，第三钴酸锂中的铝含量大于所述第二钴酸锂中的铝含量；和/或，第一钴酸锂中的铝含量大于第二钴酸锂中的铝含量。该正极片能够使电池兼具较为优异的能量密度、倍率性能、循环膨胀性能以及循环性能。

Description

一种正极片及其应用
技术领域
本发明涉及一种正极片及其应用，属于电池领域。
背景技术
随着各领域对消费类聚合物锂离子电池的能量密度要求越来越高，现有技术通常通过将锂离子电池中的电极做厚以提升锂离子电池的能量密度，但是厚电极很难具有较为优异的倍率性能，并且随着电极的厚度增加，锂离子电池的循环性能存在一定程度的衰减，以及锂离子电池的循环膨胀率会增加。
因此，需要开发一种能够使电池兼具较为优异的能量密度、倍率性能、循环膨胀性能以及循环性能的极片。
发明内容
本发明提供一种正极片，该正极片能够使电池兼具较为优异的能量密度、倍率性能、循环膨胀性能以及循环性能。
本发明提供一种电池，该电池包括上述的正极片，因此兼具较为优异的能量密度、倍率性能、循环膨胀性能以及循环性能。
本发明提供一种正极片，其中，包括正极集流体以及设置在所述正极集流体至少一个功能表面的正极活性层；
所述正极活性层沿远离所述正极集流体的方向依次包括层叠设置的第一正极活性层、第二正极活性层以及第三正极活性层；
所述第一正极活性层包括第一钴酸锂，所述第二正极活性层包括第二钴酸锂，所述第三正极活性层包括第三钴酸锂；
其中，所述第三钴酸锂中的铝含量大于所述第二钴酸锂中的铝含量；和/或，所述第一钴酸锂中的铝含量大于所述第二钴酸锂中的铝含量。
如上所述的正极片，其中，所述第一正极活性层还包括第一导电剂，所述第二正极活性层还包括第二导电剂，所述第三正极活性层还包括第三导电剂；
其中，所述第二正极活性层中第二导电剂的含量大于所述第一正极活性层中第一导电剂的含量；和/或，所述第二正极活性层中第二导电剂的含量大于所述第三正极活性层中第三导电剂的含量。
如上所述的正极片，其中，所述第三钴酸锂中的铝含量大于所述第一钴酸锂中的铝含量；和/或，
所述第一正极活性层中第一导电剂的含量大于所述第三正极活性层中第三导电剂的含量。
如上所述的正极片，其中，所述第一正极活性层还包括第一粘结剂；
基于所述第一正极活性层的总质量，所述第一钴酸锂的质量百分含量为92-98％，所述第一导电剂的质量百分含量为0.05-4％，所述第一粘结剂的含量为0.1-4％；
和/或，所述第二正极活性层还包括第二粘结剂；
基于所述第二正极活性层的总质量，所述第二钴酸锂的质量百分含量为92-98％，所述第二导电剂的质量百分含量为0.05-4％，所述第二粘结剂的含量为0.1-4％；
和/或，所述第三正极活性层还包括第三粘结剂；
基于所述第三正极活性层的总质量，所述第三钴酸锂的质量百分含量为92-98％，所述第三导电剂的质量百分含量为0.05-4％，所述第三粘结剂的含量为0.1-4％。
如上所述的正极片，其中，所述第二钴酸锂中的铝含量为4000-6000ppm，所述第二正极活性层中第二导电剂的含量为1.6-2wt％。
如上所述的正极片，其中，所述第一钴酸锂中的铝含量为6000-8000ppm，所述第一正极活性层中第一导电剂的含量为1.2-1.6wt％。
如上所述的正极片，其中，所述第三钴酸锂中的铝含量为8000-10000ppm，所述第三正极活性层中第三导电剂的含量为0.8-1.2wt％。
如上所述的正极片，其中，所述正极片活性层的厚度为40-75μm。
如上所述的正极片，其中，所述正极活性层的面密度为20-35mg/cm2。
如上所述的正极片，其中，所述第一正极活性层的面密度、所述第二正极活性层的面密度以及所述第三正极活性层的面密度之比为(10-40％)：(10-40％)：(10-40％)。
本发明提供一种电池，其中，所述电池包括如上所述的正极片。
本发明提供的正极片，正极活性层沿远离正极集流体的方向依次包括层叠设置的第一正极活性层、第二正极活性层以及第三正极活性层，并且第三正极活性层的第三钴酸锂中的铝含量和/或第一正极活性层的第一钴酸锂中的铝含量大于第二正极活性层的第二钴酸锂中的铝含量。本发明的正极片包括三层活性层，有助于改善电池的能量密度，进一步地，使第三钴酸锂中地铝含量和/或第一钴酸锂中的铝含量大于第二钴酸锂中的铝含量，有助于平衡第一正极活性层、第二正极活性层以及第三正极活性层的极化电势，提高电池的倍率性能、循环膨胀性能以及循环性能。因此，本发明的正极片能够使电池兼具较为优异的能量密度、倍率性能、循环膨胀性能以及循环性能。
本发明提供的电池，包括上述的正极片，因此兼具较为优异的能量密度、倍率性能、循环膨胀性能以及循环性能，适合广泛应用推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或相关技术中的技术方案，下面对本发明实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明一些实施方式的正极片的结构示意图；
图2为本发明实施例2中正极片的截面SEM图。
附图标记说明：
1：正极集流体；
2：第一正极活性层；
3：第二正极活性层；
4：第三正极活性层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明一些实施方式的正极片的结构示意图。如图1所示，本发明提供一种一种正极片，包括正极集流体1以及设置在正极集流体1至少一个功能表面的正极活性层；
正极活性层沿远离正极集流体1的方向依次包括层叠设置的第一正极活性层2、第二正极活性层3以及第三正极活性层4；
第一正极活性层2包括第一钴酸锂，第二正极活性层3包括第二钴酸锂，第三正极活性层4包括第三钴酸锂；
其中，第三钴酸锂中的铝含量大于第二钴酸锂中的铝含量；和/或，第一钴酸锂中的铝含量大于第二钴酸锂中的铝含量。
本发明对正极集流体1不做特别限定，可以选用本领域常用的正极集流体1。例如，正极集流体1可以为普通的金属箔材集流体，也可以为设置有底涂层金属箔材集流体。本发明中，正极集流体1的功能表面指的是正极集流体1中面积最大且相对设置的两个表面。
本发明可以将正极活性层设置在正极集流体1的一个功能表面形成正极片，在这种情况下，正极片依次包括层叠设置的正极集流体1、第一正极活性层2、第二正极活性层3以及第三正极活性层4；也可以将正极活性层设置在正极集流体的两个功能表面形成正极片，在这种情况下，正极片依次包括层叠设置的第三正极活性层4、第二正极活性层3、第一正极活性层2、正极集流体1、第一正极活性层2、第二正极活性层3以及第三正极活性层4。
本发明中，第一正极活性层2包括第一钴酸锂，第二正极活性层3包括第二钴酸锂，第三正极活性层4包括第三钴酸锂，第一钴酸锂、第二钴酸锂以及第三钴酸锂分别为第一正极活性层2、第二正极活性层3以及第三正极活性层4中的正极活性物质，能够分别保证第一正极活性层2、第二正极活性层3以及第三正极活性层4进行正常的脱嵌锂，进而保证正极片的正常运行，因此，第一钴酸锂、第二钴酸锂以及第三钴酸锂的性能会直接影响正极片的性能。
本发明的第一钴酸锂、第二钴酸锂以及第三钴酸锂指的是分别掺杂有少量铝的钴酸锂，通过向第一钴酸锂、第二钴酸锂以及第三钴酸锂中分别掺杂铝能够分别改善第一钴酸锂、第二钴酸锂以及第三钴酸锂的稳定性，进而改善电池的循环稳定性。在一些实施方式中，可以根据实际需要，通过商业购买掺杂不同含量铝的钴酸锂，分别得到第一钴酸锂、第二钴酸锂以及第三钴酸锂。
本发明中，正极活性层(第一正极活性层2、第二正极活性层3以及第三正极活性层4)还可以包括除钴酸锂(第一钴酸锂、第二钴酸锂以及第三钴酸锂)之外的其他正极活性材料，例如，正极活性材料还可以包括磷酸铁锂、锰酸锂或者三元材料中的至少一种。
本发明通过使正极活性层包括层叠设置的第一正极活性层2、第二正极活性层3以及第三正极活性层4，并且使第三钴酸锂中的铝含量和/或第一钴酸锂中的铝含量大于第二钴酸锂中的铝含量，能够得到一种可以同时改善电池的循环性能、循环膨胀性能、倍率性能以及能量密度的正极片。
发明人对产生上述结果的原因进行了分析，推测原因如下：
由于本发明的正极活性层包括层叠设置的第一正极活性层2、第二正极活性层3以及第三正极活性层4，多层活性层的设置有助于改善电池的能量密度。
进一步的，由于第二正极活性层3位于第一正极活性层2和第三正极活性层4的中间，因此，根据多孔电极理论，在电池的运行过程中，第三正极活性层4的极化电势以及第一正极活性层2的极化电势大于第二正极活性层3的极化电势。本发明通过使极化电势大的第三正极活性层4中的第三钴酸锂中的铝含量和/或极化电势大的第一正极活性层2中的第一钴酸锂的铝含量，大于第二正极活性层3中的第二钴酸锂的铝含量，能够平衡第二正极活性层3、第一正极活性层2以及第三正极活性层4的极化电势，有利于改善电池的循环性能、循环膨胀性能以及倍率性能。
因此，本发明的正极片能够使电池兼具较为优异的循环性能、循环膨胀性能、倍率性能以及能量密度。
在本发明的一些实施方式中，第一正极活性层2还包括第一导电剂，第二正极活性层3还包括第二导电剂，第三正极活性层4还包括第三导电剂；
其中，第二正极活性层3中第二导电剂的含量大于第一正极活性层2中第一导电剂的含量；和/或，第二正极活性层3中第二导电剂的含量大于第三正极活性层4中第三导电剂的含量。
本发明中，导电剂(第一导电剂、第二导电剂以及第三导电剂)能够增加正极活性层的导电性，还能够储存电解液，因此导电剂(第一导电剂、第二导电剂以及第三导电剂)的含量也会直接影响正极片的性能。
本发明对第一导电剂、第二导电剂以及第三导电剂不做特别限定，可以选用本领域常用的导电剂，在一些实施方式中，第一导电剂、第二导电剂以及第三导电剂可以独立地选用炭黑、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管以及多孔碳中的至少一种。
本发明通过使第二正极活性层3中的第二导电剂的含量大于第一正极活性层2中的第一导电剂的含量和/或第三正极活性层4的第三导电剂的含量，能够进一步改善电池的循环性能、循环膨胀性能、倍率性能以及能量密度。
发明人对产生上述结果的原因进行了分析，推测原因如下：
由于第二正极活性层3位于第一正极活性层2和第三正极活性层4的中间，因此，根据多孔电极理论，在电池的运行过程中，第二正极活性层3的反应活性小于第一正极活性层2的反应活性和第三正极活性层4的反应活性。本发明通过使第二正极活性层3的第二导电剂的含量最高，一方面能够增加第二正极活性层3的导电性，增加第二正极活性层3的反应活性，进而能够改善电池的能量密度和倍率性能，另一方面，第二正极活性层3中高含量的第二导电剂还能够尽可能保存电池中的电解液，从而为第一正极活性层2提供更多的锂离子传输通道，保证第一正极活性层2不会因为电解液断桥导致循环失效，改善电池的能量密度、循环性能以及循环膨胀性能。
在本发明的一些实施方式中，第三钴酸锂中的铝含量大于第一钴酸锂中的铝含量；和/或，第一正极活性层2中第一导电剂的含量大于第三正极活性层4中第三导电剂的含量。
可以理解，本发明的正极片中，第三钴酸锂中的铝含量、第一钴酸锂中的铝含量以及第二钴酸锂中的铝含量依次减少；和/或，第三正极活性层4的第三导电剂的含量、第一正极活性层2的第一导电剂的含量以及第二正极活性层3的第二导电剂的含量依次增加。
本发明通过使第一钴酸锂、第二钴酸锂以及第三钴酸锂中的铝含量满足上述的关系，和/或，使第一正极活性层2中第一导电剂的含量、第二正极活性层3中第二导电剂的含量以及第三正极活性层4中第三导电剂的含量满足上述关系，能够更进一步改善电池的循环性能、倍率性能、循环膨胀性能以及能量密度。
发明人推测是由于以下原因：
根据多孔电极理论，在电池的运行过程中，第三正极活性层4的极化电势、第一正极活性层2的极化电势以及第二正极活性层3的极化电势依次降低，第三正极活性层4的反应活性、第一正极活性层2的反应活性以及第二正极活性层3的反应活性依次降低。
本发明通过使第一钴酸锂、第二钴酸锂以及第三钴酸锂中的铝含量满足上述的关系，能够最大化的平衡第一正极活性层2、第二正极活性层3以及第三正极活性层4的极化电势；和/或，通过使第一正极活性层2中第一导电剂的旱莲、第二正极活性层3中第二导电剂的含量以及第三正极活性层4中第三导电剂的含量满足上述关系，能够最大化的平衡第一正极活性层2、第二正极活性层3以及第三正极活性层4的反应活性，因此，能够进一步改善电池的循环性能、倍率性能、循环膨胀性能以及能量密度。
在本发明的一些实施方式中，第一正极活性层2还包括第一粘结剂；
基于第一正极活性层2的总质量，第一钴酸锂的质量百分含量为92-98％，第一导电剂的质量百分含量为0.05-4％，第一粘结剂的含量为0.1-4％；
和/或，第二正极活性层3还包括第二粘结剂；
基于第二正极活性层3的总质量，第二钴酸锂的质量百分含量为92-98％，第二导电剂的质量百分含量为0.05-4％，第二粘结剂的含量为0.1-4％；
和/或，第三正极活性层4还包括第三粘结剂；
基于第三正极活性层4的总质量，第三钴酸锂的质量百分含量为92-98％，第三导电剂的质量百分含量为0.05-4％，第三粘结剂的含量为0.1-4％。
本发明对第一粘结剂、第二粘结剂以及第三粘结剂不做特别限定，可以选用本领域常用的粘结剂。例如，第一粘结剂、第二粘结剂以及第三粘结剂可以独立地选自聚偏氟乙烯(PVDF)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯腈(PAN)、聚氧化乙烯(PEO)、SBR类和聚丙烯酸酯类中的至少一种。
本发明中，当第一正极活性层2、第二正极活性层3以及第三正极活性层4中的至少一个满足上述的参数限定，能够更好的改善电池的循环性能、能量密度、循环膨胀性能以及倍率性能。
在本发明的一些实施方式中，可以进一步对第一钴酸锂中的铝含量以及第一导电剂的含量、第二钴酸锂中的铝含量以及第二导电剂的含量、第三钴酸锂中的铝含量以及第三导电剂的含量进行限定，以期更进一步改善电池的循环性能、倍率性能、循环膨胀性能以及能量密度。
例如，第二钴酸锂中的铝含量为4000-6000ppm，第二正极活性层3中第二导电剂的含量为1.6-2wt％；和/或，
第一钴酸锂中的铝含量为6000-8000ppm，第一正极活性层2中第一导电剂的含量为1.2-1.6wt％；和/或，
第三钴酸锂中的铝含量为8000-10000ppm，第三正极活性层4中第三导电剂的含量为0.8-1.2wt％。
本发明一些实施方式中正极片的制备方法包括以下步骤：
将第一正极活性浆料设置在正极集流体1的至少一个功能表面，烘干，在正极集流体1的功能表面形成第一正极活性层2；
将第二正极活性浆料设置在第一正极活性层2远离正极集流体1的表面，烘干，在第一正极活性层2远离正极集流体1的表面形成第二正极活性层3；
将第三正极活性浆料设置在第二正极活性层3远离第一正极活性层2的表面，烘干，在第二正极活性层3远离第一正极活性层2的表面形成第三正极活性层4，并且形成正极片。
本发明另一些实施方式中正极片的制备方法包括以下步骤：
将第一正极活性浆料设置在正极集流体1的至少一个功能表面，烘干，在正极集流体1的功能表面形成第一正极活性层2；
采用双腔涂布模头将第二正极活性浆料以及第三正极活性设置在第一正极活性层2远离正极集流体1的表面，烘干得到包含第二正极活性层3以及第三正极活性层4的正极片，其中，第二正极活性层3设置在第一正极活性层2远离正极集流体1的表面，第三正极活性层4设置在第二正极活性层3远离第一正极活性层2的表面。
可以理解，本发明中还可以使用三腔模头将第一正极活性浆料、第二正极活性浆料以及第三正极活性浆料设置在正极集流体1的功能表面，烘干，得到包含第一正极活性层2、第二正极活性层3以及第三正极活性层4的正极片，其中，第一正极活性层2、第二正极活性层3以及第三正极活性层4沿远离正极集流体1的方向依次层叠设置。
本发明正极片的上述制备方法中，第一正极活性层2包括第一钴酸锂以及第一导电剂，第二正极活性层3包括第二钴酸锂以及第二导电剂，第三正极活性层4包括第三钴酸锂以及第三导电剂；
其中，第三钴酸锂中的铝含量大于第二钴酸锂中的铝含量；和/或，第一钴酸锂中的铝含量大于第二钴酸锂中的铝含量。
进一步地，上述正极片的制备方法中，为了避免第一正极活性浆料、第二正极活性浆料以及第三正极活性浆料产生沉降，影响电池的性能，第一正极活性浆料、第二正极活性浆料以及第三正极活性浆料的储存时间小于等于24h。
本发明正极片的上述制备方法中，每一次烘干的烘干时间可以为5-8h；第一正极活性浆料、第二正极活性浆料以及第三正极活性浆料的固含量可以为60-80％，粘度可以为2000-7000mpa.s。
在本发明的一些实施方式中，正极片活性层的厚度为40-75μm，具有上述参数限定的厚度能够在保证电池具有较为优异的循环性能以及倍率性能的前提下，更进一步的增加电池的能量密度。
本发明中，正极活性层的厚度指的是在正极集流体1的一个功能表面设置的正极活性层的厚度。若正极片包括正极集流体1以及设置在正极集流体两个功能表面的正极活性层，则正极片中两个正极活性层的厚度之和为80-150μm。
本发明中，可以通过对正极活性层的面密度进行限定，以期在保持电池具有较为优异的循环性能、循环膨胀性能以及倍率性能的前提下，更进一步的增加电池的能量密度。在本发明的一些实施方式中，正极活性层的面密度为20-35mg/cm2。
本发明中，正极活性层的面密度指的是在正极集流体1的一个功能表面设置的正极活性层的面密度。若正极片包括正极集流体1以及设置在正极集流体两个功能表面的正极活性层，则正极片的面密度为40-70mg/cm2。
在具体的实施方式中，正极活性层的面密度为23mg/cm2，不仅能够使电池兼具较为优异的循环性能、循环膨胀性能、能量密度以及倍率性能，而且方便加工，节约生产成本。
进一步地，第一正极活性层2的面密度、第二正极活性层3的面密度以及第三正极活性层4的面密度之比为(10-40％)：(10-40％)：(10-40％)。
本发明中，在正极活性层的厚度方向上，正极活性层包括第一正极活性层2、第二正极活性层3以及第三正极活性层4。正极活性层的面密度可以理解为，第一正极活性层2的面密度、第二正极活性层3的面密度以及第三正极活性层4的面密度之和。本发明通过使第一正极活性层2的面密度、第二正极活性层3的面密度以及第三正极活性层4的面密度之比满足上述的范围，不仅能够使电池兼具优异的能量密度、循环性能、循环膨胀性能以及倍率性能，而且方便生产加工，有利于拓宽正极片的应用。
在具体的实施方式中，第一正极活性层2、第二正极活性层3以及第三正极活性层4的面密度之比为1：1：1，或3：4：3，能够使正极片更有利于生产加工。
本发明的第二方面提供一种电池，包括上述的正极片。
本发明中，将上述的正极片、隔膜和负极片进行层叠或卷绕可以获得电芯，将电芯置于外包装中，注入电解液、化成、二次封装、分容可以得到本发明的电池。
上述隔膜可以为商业化的隔膜。外包装可以为铝塑膜。电解液可以为商业化的电解液，电解液可以包含锂盐和非水溶剂。在本发明中，锂盐没有特别限制，可以使用本领域公知的任何锂盐，只要能实现本发明的目的即可。例如，锂盐可以包括LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiB(C6H5)4、LiCH3SO3、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiC(SO2CF3)3或LiPO2F2中的至少一种。在本发明中，非水溶剂没有特别限定，只要能实现本发明的目的即可。例如，非水溶剂可以包括碳酸酯化合物、羧酸酯化合物、醚化合物、腈化合物、其它有机溶剂中的至少一种。
本发明的电池由于包括上述正极片，可以具有较为优异的循环性能、能量密度、循环膨胀性能以及倍率性能。
以下，结合具体的实施例进一步说明本发明的技术方案，以下实施例中所记载的所有份、百分含量、和比值都是基于重量计，而且实施例中使用的所有试剂都可商购获得或是按照常规方法进行合成获得，并且可直接使用而无需进一步处理，以及实施例中使用的仪器均可商购获得。
实施例1
本实施例的锂离子电池通过以下步骤制得：
1)正极片
采用挤压式涂布机将第一正极活性浆料设置在铝箔的两个功能表面，烘干得到第一正极活性层；
采用双腔模头将第二正极活性浆料和第三正极活性浆料设置在第一正极活性层远离铝箔的表面，烘干得到包含第二正极活性层和第三正极活性层的正极片，并且第二正极活性层设置在第一正极活性层的表面，第三正极活性层设置在第二正极活性层远离第一正极活性层的表面；
其中，第一正极活性层中，第一钴酸锂、炭黑、PVDF粘接剂的质量比为97.6％:1.4％:1.0％，第一钴酸锂中铝的含量为7000ppm；
第二正极活性层中，第二钴酸锂、炭黑、PVDF粘接剂的质量比为97.2％:1.8％:1.0％，第二钴酸锂中铝的含量为5000ppm；
第三正极活性层中，第三钴酸锂、炭黑、PVDF粘接剂的质量比为98％:1.0％:1.0％，第三钴酸锂中铝的含量为9000ppm；
第一正极活性层，第二正极活性层以及第三正极活性层的面密度分别为7.67mg/cm2；
铝箔的厚度为9μm，正极片的压实密度为4.15g/cc，正极片的厚度为120μm。
2)负极片
采用挤压式涂布机将负极活性浆料设置在铜箔的两个功能表面，烘干得到包含负极活性层的负极片；
其中，负极活性层包括石墨、粘接剂丁苯橡胶、分散剂羧甲基纤维素钠、和导电剂炭黑，石墨、粘接剂丁苯橡胶、分散剂羧甲基纤维素钠、和导电剂炭黑的质量比为96.5％：1.5％：1.5％：0.5％，负极活性层的面密度为12.3mg/cm2。
3)锂离子电池
将步骤1)的正极片、步骤2)的负极片和隔膜卷绕制成卷芯，将卷芯置于外包装中，注入电解液，化成、二次封装、分容得到锂离子电池；
其中，隔膜包括层叠设置的陶瓷层、PVDF涂胶层、聚丙烯基膜、PVDF涂胶层以及陶瓷层，隔膜的厚度为9μm，聚丙烯基膜的厚度为5μm，两个陶瓷层的厚度共为2μm，两个涂胶层的厚度共为2μm。
实施例2
本实施例的锂离子电池的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：
步骤1)中，第一正极活性层以及第二正极活性层的面密度分别为6.9mg/cm2,第三正极活性层的面密度为9.2mg/cm2。
图2为本发明实施例2中正极片的截面SEM图。如图2所示，正极片的截面不能明显的观测出第一正极活性层、第二正极活性层以及第三正极活性层的区别，原因在于第一钴酸锂、第二钴酸锂以及第三钴酸锂的形貌接近。
实施例3
本实施例的锂离子电池的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：
步骤1)中，第一钴酸锂中铝的含量为5000ppm，第二钴酸锂中铝的含量为3000ppm；第三钴酸锂中铝的含量为7000ppm。
对比例1
本对比例的锂离子电池的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：
将步骤1)中的第一正极活性浆料设置在铝箔的两个功能表面，形成包含正极活性层的正极片；
其中，正极活性层的面密度为23mg/cm2,正极片的厚度为120μm。
对比例2
本对比例的锂离子电池的制备方法与对比例1基本相同，不同之处在于：
将步骤1)中的第二正极活性浆料设置在铝箔的两个功能表面，形成包含正极活性层的正极片。
对比例3
本对比例的锂离子电池的制备方法与对比例1基本相同，不同之处在于：
将步骤1)中的第三正极活性浆料设置在铝箔的两个功能表面，形成包含正极活性层的正极片。
对比例4
本对比例的锂离子电池的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：
将步骤1)中的第二钴酸锂中铝的含量为9000ppm。
对比例5
本对比例的锂离子电池的制备方法与实施例基本相同，不同之处在于：
将步骤1)中的第二正极活性浆料中，导电剂的含量为1.0％，形成包含正极活性层的正极片
性能测试
对实施例和对比例的电池进行以下测试，测试结果见表1：
1)克容量(q)
在电芯制程过程中的制片环节，对正极片进行称重，并记录正极片的重量，一般每个实验条件测量32个正极片，取32个正极片的重量平均值为m；用钢板尺测量出每一个正极片中胶纸覆盖活性层的长度，取32个正极片中胶纸覆盖活性层的长度的平均值为L1,32个正极片的长度的平均值记录为L0，正极活性层中活性材料的质量百分含量记为a，32个电芯的容量平均值记录为Q，则克容量q为：
q＝Q*L0/m×a×(L0-L1)。
2)能量密度计算
使用分选柜分容测试本发明实施例和对比例的锂离子电池的容量。通过公式能量密度＝容量*电压平台/质量计算得到电池能量密度。
3)循环性能、循环膨胀性能以及倍率性能
将电池置于(25±3)℃环境中，静置3小时，待电芯本体达到(25±3)℃时，电池按照1C充到4.25V，再0.7C充到4.48V，再4.48V恒压充到截止电流0.05C，再以0.5C放电到3V，记录初始容量Q0，以及初始厚度h0，当循环达到所需的次数或容量衰减率低于70％或厚度超过测试要求的厚度时，以前一次的放电容量作为电池的容量Q2，同步测试电芯的厚度h2，计算容量保持率(％)和厚度膨胀率(％)：
容量保持率(％)＝Q2/Q0×100％
厚度膨胀率(％)＝h2/h0×100％。
表1
Figure BDA0003760008040000141
从表1可以看出，本发明实施例制备的锂离子电池具有较为优异的循环性能、倍率性能、循环膨胀性能以及能量密度。
进一步地，当第一钴酸锂中的铝含量为6000-8000ppm，第一正极活性层中导电剂的含量为1.2-1.6wt％；第二钴酸锂中的铝含量为4000-6000ppm，第二正极活性层中导电剂的含量为1.6-2wt％；第三钴酸锂中的铝含量为8000-10000ppm，第三正极活性层中导电剂的含量为0.8-1.2wt％时，锂离子电池具有更为优异的循环性能、倍率性能、循环膨胀性能以及能量密度。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种正极片，其特征在于，包括正极集流体以及设置在所述正极集流体至少一个功能表面的正极活性层；
所述正极活性层沿远离所述正极集流体的方向依次包括层叠设置的第一正极活性层、第二正极活性层以及第三正极活性层；
所述第一正极活性层包括第一钴酸锂，所述第二正极活性层包括第二钴酸锂，所述第三正极活性层包括第三钴酸锂；
其中，所述第三钴酸锂中的铝含量大于所述第二钴酸锂中的铝含量；和/或，所述第一钴酸锂中的铝含量大于所述第二钴酸锂中的铝含量。
2.根据权利要求1所述的正极片，其特征在于，所述第一正极活性层还包括第一导电剂，所述第二正极活性层还包括第二导电剂，所述第三正极活性层还包括第三导电剂；
其中，所述第二正极活性层中第二导电剂的含量大于所述第一正极活性层中第一导电剂的含量；和/或，所述第二正极活性层中第二导电剂的含量大于所述第三正极活性层中第三导电剂的含量。
3.根据权利要求2所述的正极片，其特征在于，所述第三钴酸锂中的铝含量大于所述第一钴酸锂中的铝含量；和/或，
所述第一正极活性层中第一导电剂的含量大于所述第三正极活性层中第三导电剂的含量。
4.根据权利要求2或3所述的正极片，其特征在于，所述第一正极活性层还包括第一粘结剂；
基于所述第一正极活性层的总质量，所述第一钴酸锂的质量百分含量为92-98％，所述第一导电剂的质量百分含量为0.05-4％，所述第一粘结剂的含量为0.1-4％；
和/或，所述第二正极活性层还包括第二粘结剂；
基于所述第二正极活性层的总质量，所述第二钴酸锂的质量百分含量为92-98％，所述第二导电剂的质量百分含量为0.05-4％，所述第二粘结剂的含量为0.1-4％；
和/或，所述第三正极活性层还包括第三粘结剂；
基于所述第三正极活性层的总质量，所述第三钴酸锂的质量百分含量为92-98％，所述第三导电剂的质量百分含量为0.05-4％，所述第三粘结剂的含量为0.1-4％。
5.根据权利要求2-4任一项所述的正极片，其特征在于，所述第二钴酸锂中的铝含量为4000-6000ppm，所述第二正极活性层中第二导电剂的含量为1.6-2wt％。
6.根据权利要求2-5任一项所述的正极片，其特征在于，所述第一钴酸锂中的铝含量为6000-8000ppm，所述第一正极活性层中第一导电剂的含量为1.2-1.6wt％；和/或，
所述第三钴酸锂中的铝含量为8000-10000ppm，所述第三正极活性层中第三导电剂的含量为0.8-1.2wt％。
7.根据权利要求1-6任一项所述的正极片，其特征在于，所述正极片活性层的厚度为40-75μm。
8.根据权利要求1-7任一项所述的正极片，其特征在于，所述正极活性层的面密度为20-35mg/cm2。
9.根据权利要求8所述的正极片，其特征在于，所述第一正极活性层的面密度、所述第二正极活性层的面密度以及所述第三正极活性层的面密度之比为(10-40％)：(10-40％)：(10-40％)。
10.一种电池，其特征在于，所述电池包括权利要求1-9任一项所述的正极片。
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