CN219677280U - 正极片、锂离子电池和车辆 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电池技术领域,具体提供一种正极片、锂离子电池和车辆,旨在解决现有正极片在锂离子电池生命周期后期恶化严重,影响锂离子电池循环性能的问题。为此目的,本实用新型的正极片包括正极集流体,包括相背对的第一侧面和第二侧面,第一侧面和第二侧面中的至少一个上设置有N层活性材料层,每层活性材料层包含相对不耐高电位的第一活性材料或相对耐高电位的第二活性材料,最远离正极集流体的活性材料层相对于最靠近正极集流体的活性材料层第二活性材料含量高、第一活性材料含量低,使更耐受高充放电电位的第二活性材料更多地分布在正极片表层区域,改善了正极片表层活性材料表面开裂、颗粒破碎情况,避免了活性材料严重恶化。
Description
技术领域
本实用新型涉及电池技术领域,具体提供一种正极片、锂离子电池和车辆。
背景技术
随着大型储能、电动汽车、消费类电子等领域的持续高速发展,对于锂离子电池的需求也在持续增长,能量密度、快充能力、安全可靠性等诸多性能都已经越来越逼近极限,鉴于此,需要在技术上寻求新的突破,针对化学体系、电芯结构、制造工艺等进行创新,进而实现新一代锂离子电池综合能力的持续提升。
尤其是,目前高能量密度动力电池为了提高能量密度,大都选用高镍NCM作为正极有效物质,且正极片涂布厚度越来越大,这导致沿着垂直于正极片厚度方向,与正极片表层不同距离的正极有效物质,嵌锂程度差异也越来越大,越靠近正极片表层的NCM材料,其脱嵌锂的程度越高,上述问题在循环后期体现尤其明显,导致正极片表层的NCM材料恶化严重,影响电池循环性能,也带来产气以及可靠性风险等问题。
因此,本领域需要一种新的正极片、锂离子电池和车辆来解决上述问题。
实用新型内容
本实用新型旨在解决上述技术问题,即,解决现有正极片在锂离子电池生命周期后期恶化严重,影响锂离子电池循环性能的问题。
在第一方面,本实用新型提供了一种正极片,所述正极片包括正极集流体,所述正极集流体包括相背对的第一侧面和第二侧面,所述第一侧面和所述第二侧面中的至少一个上设置有N层活性材料层,每层所述活性材料层均包含第一活性材料或第二活性材料,所述第一活性材料为相对不耐高电位的正极材料,所述第二活性材料为相对耐高电位的正极材料,最远离所述正极集流体的活性材料层相对于最靠近所述正极集流体的活性材料层所述第二活性材料含量高、所述第一活性材料含量低;其中,N为所述活性材料层的总层数,N为正整数,且N>1。
在上述正极片的优选技术方案中,第N活性材料层包含所述第二活性材料,不包含所述第一活性材料;并且/或者第1活性材料层包含所述第一活性材料,不包含所述第二活性材料。
在上述正极片的优选技术方案中,所述第一活性材料选自多晶颗粒高Ni-NCM、二次颗粒高Ni-NCM和常规钴酸锂中的至少一种或几种。
在上述正极片的优选技术方案中,所述第一活性材料选自二次颗粒高Ni-NCM、二次颗粒高Ni-NCM和多晶颗粒高Ni-NCM的组合、或者二次颗粒高Ni-NCM和常规钴酸锂的组合。
在上述正极片的优选技术方案中,所述第二活性材料选自磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、耐高电压钴酸锂、富锂锰酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂、单晶颗粒高Ni-NCM、单晶颗粒中Ni-NCM和二次颗粒低Ni-NCM中的至少一种或几种。
在上述正极片的优选技术方案中,所述第二活性材料选自单晶颗粒中Ni-NCM、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、单晶颗粒中Ni-NCM和磷酸铁锂的组合、单晶颗粒中Ni-NCM和磷酸锰铁锂的组合、单晶颗粒高Ni-NCM和磷酸锰铁锂的组合、二次颗粒低Ni-NCM和镍锰酸锂的组合、或者耐高电压钴酸锂和富锂锰酸锂的组合。
在上述正极片的优选技术方案中,所述正极片冷压后的厚度为40~300μm。
在上述正极片的优选技术方案中,所述正极片冷压后的厚度为80~200μm。
在上述正极片的优选技术方案中,每层所述活性材料层的压实密度为1.4~4.2g/cm3。
在上述正极片的优选技术方案中,每层所述活性材料层的压实密度为2.6~3.8g/cm3。
在上述正极片的优选技术方案中,所述正极片的涂布重量为50~400g/m2。
在上述正极片的优选技术方案中,所述正极片的涂布重量为100~300g/m2。
在第二方面,本实用新型提供了一种锂离子电池,所述锂离子电池包括上述优选技术方案中任一项所述的正极片。
在第三方面,本实用新型提供了一种车辆,所述车辆包括上述优选技术方案中任一项所述的正极片或者锂离子电池。
在本实用新型的正极片的优选技术方案中,正极片包括正极集流体,正极集流体包括相背对的第一侧面和第二侧面,第一侧面和第二侧面中的至少一个上设置有N层活性材料层,每层活性材料层均包含第一活性材料或第二活性材料,第一活性材料为相对不耐高电位的正极材料,第二活性材料为相对耐高电位的正极材料,最远离正极集流体的活性材料层相对于最靠近正极集流体的活性材料层第二活性材料含量高、第一活性材料含量低;其中,N为活性材料层的总层数,N为正整数,且N>1。
相对于现有技术中与正极片表层不同距离的正极活性物质的嵌锂程度差异越来越大,越靠近正极片表层的正极活性物质的脱嵌锂程度越高的情况,本实用新型将最远离正极集流体的活性材料层设置为相对于最靠近正极集流体的活性材料层富含相对耐高电位的第二活性材料、缺乏相对不耐高电位的第一活性材料,通过上述设置,使得更耐受高充放电电位的第二活性材料,更多地分布在正极片表层区域,使得正极片表层区域能够耐受更高的充放电电位,避免了在单次脱锂时正极片脱嵌过多锂离子而导致正极片表层第二活性材料的晶格坍塌,从而降低了由于晶格坍塌而导致第二活性材料颗粒内部的机械、热应力、电化学应力的累积而进一步诱发出现的第二活性材料颗粒表面的裂缝数量,而且在充放电过程中第二活性材料颗粒相比于第一活性材料颗粒可以耐受更大的体积膨胀率,进而改善了正极片表面第二活性材料的颗粒破碎情况,提高了在长期脱锂过程中正极片结构的稳定性,从而避免了正极片表层活性材料严重恶化,降低了由于正极片表层活性材料严重恶化而产生的氧气、氢气、二氧化碳、一氧化碳等气体的数量,延长了正极片的使用寿命,提高了锂离子电池的循环性能和可靠性。
进一步地,第N活性材料层包含第二活性材料,但不包含第一活性材料,即正极片表层区域仅包括更相对耐受高充放电电位的第二活性材料,使得正极片表层的充放电电位的耐受程度达到了最高,进一步改善了在循环过程中活性材料颗粒表面的裂缝数量和颗粒破碎情况,进一步避免了在锂离子电池循环末期正极片表层活性材料严重恶化,进而提高了锂离子电池的循环性能和可靠性。
进一步地,第1活性材料层包含第一活性材料,但不包含第二活性材料,即正极集流体表层区域仅包括更相对不耐受高充放电电位的第一活性材料,使得正极集流体表层的充放电电位的耐受程度达到了最低,确保了正极片表层的充放电电位的耐受程度高于正极集流体表层的充放电电位的耐受程度,进一步改善了在循环过程中活性材料颗粒表面的裂缝数量和颗粒破碎情况,进一步避免了在锂离子电池循环末期正极片表层活性材料严重恶化,进而提高了锂离子电池的循环性能和可靠性。
方案1、一种正极片,其特征在于,所述正极片包括正极集流体,所述正极集流体包括相背对的第一侧面和第二侧面,所述第一侧面和所述第二侧面中的至少一个上设置有N层活性材料层,每层所述活性材料层包含第一活性材料或第二活性材料,
所述第一活性材料为相对不耐高电位的正极材料,所述第二活性材料为相对耐高电位的正极材料,
最远离所述正极集流体的活性材料层相对于最靠近所述正极集流体的活性材料层所述第二活性材料含量高、所述第一活性材料含量低;
其中,N为所述活性材料层的总层数,N为正整数,且N>1。
方案2、根据方案1所述的正极片,其特征在于,第N活性材料层包含所述第二活性材料,不包含所述第一活性材料;并且/或者
第1活性材料层包含所述第一活性材料,不包含所述第二活性材料。
方案3、根据方案1或2所述的正极片,其特征在于,所述第一活性材料选自多晶颗粒高Ni-NCM、二次颗粒高Ni-NCM和常规钴酸锂中的至少一种或几种。
方案4、根据方案3所述的正极片,其特征在于,所述第一活性材料选自二次颗粒高Ni-NCM、二次颗粒高Ni-NCM和多晶颗粒高Ni-NCM的组合、或者二次颗粒高Ni-NCM和常规钴酸锂的组合。
方案5、根据方案1或2所述的正极片,其特征在于,所述第二活性材料选自磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、耐高电压钴酸锂、富锂锰酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂、单晶颗粒高Ni-NCM、单晶颗粒中Ni-NCM和二次颗粒低Ni-NCM中的至少一种或几种。
方案6、根据方案5所述的正极片,其特征在于,所述第二活性材料选自单晶颗粒中Ni-NCM、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、单晶颗粒中Ni-NCM和磷酸铁锂的组合、单晶颗粒中Ni-NCM和磷酸锰铁锂的组合、单晶颗粒高Ni-NCM和磷酸锰铁锂的组合、二次颗粒低Ni-NCM和镍锰酸锂的组合、或者耐高电压钴酸锂和富锂锰酸锂的组合。
方案7、根据方案1或2所述的正极片,其特征在于,所述正极片冷压后的厚度为40~300μm。
方案8、根据方案7所述的正极片,其特征在于,所述正极片冷压后的厚度为80~200μm。
方案9、根据方案1或2所述的正极片,其特征在于,每层所述活性材料层的压实密度为1.4~4.2g/cm3。
方案10、根据方案9所述的正极片,其特征在于,每层所述活性材料层的压实密度为2.6~3.8g/cm3。
方案11、根据方案1或2所述的正极片,其特征在于,所述正极片的涂布重量为50~400g/m2。
方案12、根据方案11所述的正极片,其特征在于,所述正极片的涂布重量为100~300g/m2。
方案13、一种锂离子电池,其特征在于,所述锂离子电池包括方案1至12中任一项所述的正极片。
方案14、一种车辆,其特征在于,所述车辆包括方案1至12中任一项所述的正极片或者方案13所述的锂离子电池。
附图说明
下面参照附图来描述本实用新型的正极片,附图中:
图1是本实用新型的正极片的结构示意图一;
图2是本实用新型的正极片的结构示意图二;
图3是本实用新型的正极片的结构示意图三。
附图标记列表
1、正极集流体;
2、活性材料层;21、第1活性材料层;22、第2活性材料层;23、第3活性材料层;
31、第一活性材料;32、第二活性材料;
4、隔膜。
具体实施方式
下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是,这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理,并非旨在限制本实用新型的保护范围。例如,尽管本申请是结合电动汽车来描述的,但是,本实用新型的技术方案并不局限于此,该正极片显然也可以应用于混合动力汽车等其他车辆,这种改变并不偏离本实用新型的原理和范围。
需要说明的是,在本实用新型的描述中,术语“上”、“下”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系,这仅仅是为了便于描述,而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”、“第十”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
基于背景技术中提出的技术问题,本实用新型提供了一种正极片,旨在正极集流体相背的第一侧面和第二侧面中的至少一个上设置有N层活性材料层,并将最远离正极集流体的活性材料层设置为相对于最靠近正极集流体的活性材料层富含相对耐高电位的第二活性材料、缺乏相对不耐高电位的第一活性材料,使得更耐受高充放电电位的第二活性材料,更多地分布在正极片表层区域,使得正极片表层区域能够耐受更高的充放电电位,避免了在单次脱锂时正极片脱嵌过多锂离子而导致正极片表层第二活性材料的晶格坍塌,从而降低了由于晶格坍塌而导致第二活性材料颗粒内部的机械、热应力、电化学应力的累积而进一步诱发出现的第二活性材料颗粒表面的裂缝数量,而且在充放电过程中第二活性材料颗粒相比于第一活性材料颗粒可以耐受更大的体积膨胀率,进而改善了正极片表面第二活性材料的颗粒破碎情况,提高了在长期脱锂过程中正极片结构的稳定性,从而避免了正极片表层活性材料严重恶化,降低了由于正极片表层活性材料严重恶化而产生的氧气、氢气、二氧化碳、一氧化碳等气体的数量,延长了正极片的使用寿命,提高了锂离子电池的循环性能和可靠性。
首先参见图1至图3,对本实用新型的正极片进行描述。其中,图1是本实用新型的正极片的结构示意图一;图2是本实用新型的正极片的结构示意图二;图3是本实用新型的正极片的结构示意图三。
如图1所示,本实用新型的正极片包括正极集流体1,正极集流体1包括沿厚度方向(即图1中由下至上的方向)相背对的第一侧面和第二侧面,正极集流体1的第一侧面(即图1中所示的侧面)上设置有N层活性材料层2,每层活性材料层2包含第一活性材料31或第二活性材料32,其中,第一活性材料31为相对不耐高电位的正极材料,第二活性材料32为相对耐高电位的正极材料;且最靠近正极集流体1的活性材料层相对于最远离正极集流体1的活性材料层第一活性材料31含量高、第二活性材料32含量低,即最远离正极集流体1的活性材料层相对于最靠近正极集流体1的活性材料层富含相对耐高电位的第二活性材料32、缺乏相对不耐高电位的第一活性材料31,使得最远离正极集流体1的活性材料层能够耐受更高的充放电电位,其中,N为活性材料层的总层数,N为正整数,且N>1。在一些特定的情形下,每层活性材料层2也可以包含第一活性材料31和第二活性材料32,只要使得更耐受高充放电电位的第二活性材料32,更多地分布在正极片表层区域即可。
优选地,可以在正极集流体1的一个侧面依次涂布N层活性材料层2,或者也可以同时涂布N层活性材料层2,即将N层活性材料层2同时涂覆于正极集流体1的一个侧面。其中,沿着远离正极集流体1的方向活性材料层2的命名序号逐渐增大,如图3所示,以三层活性材料层2为例,靠近正极集流体1的活性材料层命名为第1活性材料层21,依次为第2活性材料层22和第3活性材料层23。
进一步地,可以选择凹版涂布、转移涂布、挤压涂布和喷涂涂布中的一种涂布N层活性材料层2,当然,也可以选择上述涂布方式中的两种、三种或多种来涂布N层活性材料层2,本领域技术人员可以根据实际的工艺需求等来确定具体的涂布方式,本实用新型对此不作任何的限制。
具体实现时,N层活性材料层的涂布步骤可以选用涂布完一层再涂布另一层的方式;多层同时涂布的方式,即将多层活性材料浆料同时涂覆于正极集流体的至少一个侧面上。
进一步地,可以在离正极集流体1最远的活性材料层(例如图1中示出的第2活性材料层22)的表面设置一层隔膜4。
其中,正极集流体1为铝箔、铜箔、镍箔等金属箔材。
需要说明的是,虽然图1至图3中示出的分别是两层和三层,即第1活性材料层21和第2活性材料层22,或者第1活性材料层21、第2活性材料层22和第3活性材料层23,但这只是示例性地,不是限制性地,在实际应用中,也可以设置四层、五层、六层、七层、八层、九层、十层或十一层等任意层活性材料层2,本领域技术人员可以根据实际的正极片耐受充放电能力的需求等灵活地调整和设置活性材料层2的数量。
此外,在实际应用中,也可以在正极集流体1沿厚度方向的两个侧面均设置有多层活性材料层2,本领域技术人员可以根据实际的锂离子电池产品的需求等灵活地调整和设置活性材料层2在正极集流体1上的设置位置。
接下来对每层活性材料层2包含的第一活性材料31和第二活性材料32组合方式进行说明。
如图2所示,可以将第1活性材料层21(即最靠近正极集流体1的活性材料层)设置为只包含第一活性材料31、不包含第二活性材料32;如图1和图3所示,也可以将第1活性材料层21设置为包含第一活性材料31和第二活性材料32。当然,也可以将第1活性材料层21设置为只包含第二活性材料32、不包含第一活性材料31,本领域技术人员可以根据实际的正极片耐受充放电电位的需求等灵活地调整和设置第1活性材料层21所包含的活性材料的种类,只要使得第1活性材料层21能够耐受的充放电电位小于第N活性材料层能够耐受的充放电电位即可。
如图2和图3所示,可以将第N活性材料层(即图2中所示的第2活性材料层22、或者图3中所示的第3活性材料层23)设置为只包含第二活性材料32、不包含第一活性材料31;如图1所示,也可以将第N活性材料层(即图1中所示的第2活性材料层22)设置为包含第一活性材料31和第二活性材料32。当然,也可以将第N活性材料层设置为只包含第一活性材料31、不包含第二活性材料32,本领域技术人员可以根据实际的正极片耐受充放电电位的需求等灵活地调整和设置第N活性材料层所包含的活性材料的种类,只要使得第N活性材料层能够耐受的充放电电位大于第1活性材料层21能够耐受的充放电电位即可。
如图3所示,第2至第N-1活性材料层(即介于第1和第N活性材料层之间的活性材料层)可以设置为包含第一活性材料31和第二活性材料32;或者,也可以将第2至第N-1活性材料层设置为只包含第二活性材料32、不包含第一活性材料31,或者只包含第一活性材料31、不包含第二活性材料32,本领域技术人员可以根据实际的正极片耐受充放电电位的需求等灵活地调整和设置第2至第N-1活性材料层所包含的活性材料的种类,只要使得N层活性材料层的耐受高充放电电位沿着远离正极集流体1的方向逐渐提高即可。
接下来对活性材料层2中包含的第一活性材料31进行说明。
首先,将相邻的两个活性材料层2中所包含的第一活性材料31的含量设置为:靠近正极集流体1的第i活性材料层中所包含的第一活性材料31的含量高于远离正极集流体1的第i+1活性材料层中所包含的第一活性材料31的含量,例如,结合图1,第1活性材料层21中所包含的第一活性材料31的含量大于第2活性材料层22中所包含的第一活性材料31的含量,即相对于第1活性材料层21,降低了第2活性材料层22中所包含的第一活性材料31的含量。其中,i为活性材料层2所在的层数,i为正整数,1≤i<N,进一步地,i+1等于N。
进一步地,将每层活性材料层2中包含的第一活性材料31的质量占其所对应的活性材料层2的全部活性材料的质量比例设置为满足下列公式(1):
50%-((i-1)/(N-1))*50%≤P≤100%-((i-1)/(N-1))*50% (1)
公式(1)中,P为每层活性材料层2中包含的第一活性材料31的质量占其所对应的活性材料层2的全部活性材料的质量比例。
例如,N为2,当i为1(即图1中所示的第1活性材料层21)时,50%≤P≤100%;当i为2(即图1中所示的第2活性材料层22)时,0%≤P≤50%,准确地限定了每层活性材料层2中能够包含的第一活性材料31占其所对应的活性材料层2的全部活性材料的质量比例的范围,本领域技术人员可以在该范围内灵活地调整每层活性材料层2能够包含的第一活性材料31的总含量。
其中,相对不耐高电位的第一活性材料31是指匹配常规石墨负极,其可有效循环的电位上限为≤4.2V,或者用三电极测的话,其可有效循环的电位上限为≤4.25V。优选地,第一活性材料31选自多晶颗粒高Ni-NCM、二次颗粒高Ni-NCM和常规钴酸锂中的一种、两种、三种或多种,进一步地,第一活性材料31选自二次颗粒高Ni-NCM、二次颗粒高Ni-NCM和多晶颗粒高Ni-NCM的组合、或者二次颗粒高Ni-NCM和常规钴酸锂的组合等其他组合方式,本领域技术人员可以根据实际的锂离子电池产品需求等灵活地调整上述列举的第一活性材料31的组合方式,无论如何调整,只要使得任一种组合方式所对应的第一活性材料31的总质量处于根据公式(1)所确定的范围内即可。
优选地,常规石墨为高压实人造石墨、快充人造石墨等常规人造石墨。当然,常规石墨也可以选自天然石墨、复合石墨、石墨化中间相碳微球等其他石墨材料。
接下来对活性材料层2中包含的第二活性材料32进行说明。
首先,将相邻的两个活性材料层2中所包含的第二活性材料32的含量设置为:靠近正极集流体1的第i活性材料层中所包含的第二活性材料32的含量低于远离正极集流体1的第i+1活性材料层中所包含的第二活性材料32的含量,例如,结合图1,第1活性材料层21中所包含的第二类元素的含量小于第2活性材料层22中所包含的第二类元素的含量,即相对于第1活性材料层21,提高了第2活性材料层22中所包含的第二活性材料32的含量。
进一步地,将每层活性材料层2中所包含的第二活性材料32的质量占其所对应的活性材料层2的全部活性材料的质量比例设置为满足下列公式(2):
((i-1)/(N-1))*50%≤Q≤((i-1)/(N-1))*50%+50% (2)
公式(2)中,Q为每层活性材料层2中包含的第二活性材料32的质量占其所对应的活性材料层2的全部活性材料的质量比例。
例如,N为2,当i为1(即图1中所示的第1活性材料层21)时,0%≤Q≤50%;当i为2(即图1中所示的第2活性材料层22)时,50%≤Q≤100%,准确地限定了每层活性材料层2中能够包含的第二活性材料32的质量占其所对应的活性材料层2的质量比例的范围,本领域技术人员可以在该范围内灵活地调整每层活性材料层2能够包含的第二活性材料32的总含量。
其中,相对耐高电位的第二活性材料32是指匹配常规石墨负极,其可有效循环的电位上限>4.2V,或者用三电极测的话,其可有效循环的电位上限>4.25V。优选地,第二活性材料32选自磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、耐高电压钴酸锂、富锂锰酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂、单晶颗粒高Ni-NCM、单晶颗粒中Ni-NCM和二次颗粒低Ni-NCM中的一种、两种、三种或多种,进一步地,第二活性材料32选自单晶颗粒中Ni-NCM、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、单晶颗粒中Ni-NCM和磷酸铁锂的组合、单晶颗粒中Ni-NCM和磷酸锰铁锂的组合、单晶颗粒高Ni-NCM和磷酸锰铁锂的组合、二次颗粒低Ni-NCM和镍锰酸锂的组合、或者耐高电压钴酸锂和富锂锰酸锂的组合等其他组合方式,本领域技术人员可以根据实际的使用需求等灵活地调整上述列举的第二活性材料32的组合方式,只要使得任一种组合方式所对应的第二活性材料32的总质量处于根据公式(2)所确定的范围内即可。
其中,常规钴酸锂的实际克容量约为145mAg/g(充电截止电压为4.2V),只有理论克容量(274mAh/g)的50%,其对锂电位为3.7V,最高能够耐受4.2V充放电电位。
其中,耐高电压钴酸锂能够耐受4.4V及以上充放电电位。当然,耐高电压钴酸锂能够耐受的充放电电位不限于上述列举的电位,只要比常规钴酸锂能够耐受的电位高即可。
其中,富锂锰酸锂xLi2MnO3·(1–x)LiMO2是以Li2MnO3材料与LiMO2材料,如LiNiO2、LiCoO2、LiMnO2、LiNixCo1–x–yMnyO2等材料,形成的固熔体材料。
其中,高Ni-NCM的化学式为LiNix1Coy1Mn(1-x1-y1)O2,1>x1>0,1>y1>0,1>1-x1-y1>0,优选地,1>x1≥0.8,即高Ni-NCM中Ni含量≥80%,例如,高Ni-NCM的化学式为Li1+x1(Ni0.8Co0.1Mn0.1)1-x1O2,记为NCM 811。
进一步地,中Ni-NCM的化学式为LiNix2Coy2Mn(1-x2-y2)O2,0.8>x2>0,1>y2>0,1>1-x2-y2>0,优选地,0.7>x2≥0.6,即中Ni-NCM中Ni含量≥60%且<70%,例如,中Ni-NCM的化学式为Li1+x2(Ni0.6Co0.2Mn0.2)1-x2O2,记为NCM 622。
进一步地,低Ni-NCM的化学式为LiNix3Coy3Mn(1-x3-y3)O2,0.6>x3>0,1>y2>0,1>1-x2-y2>0,优选地,0.6>x3≥0.5,即低Ni-NCM中Ni含量≥50%且<60%,例如,低Ni-NCM的化学式为Li1+x3(Ni0.5Co0.2Mn0.3)1-x3O2,记为NCM523。
需要说明的是,上述列举的高、中、低Ni-NCM中Ni含量的划分只是示例性地,不是限制性地,本领域技术人员在实际应用中可以根据产品的需求等灵活地调整,例如高Ni-NCM中Ni含量≥85%,中Ni-NCM中Ni含量<85%且≥50%,低Ni-NCM中Ni含量<50%且≥30%,等。
通过上述结构设置,即降低了远离正极集流体1的第i+1活性材料层1中所包含的第一活性材料31的含量,并提高了远离正极集流体1的第i+1活性材料层中所包含的第二活性材料32的含量,使得相对耐受高充放电电位的第二活性材料32更多的分布在相对远离正极集流体1的第i+1活性材料层,并因此使得N层活性材料层2的耐受高充放电电位沿着远离正极集流体1的方向逐渐提高,从而使得正极片表层(即图1中离正极集流体1最远的活性材料层2)的脱嵌锂的耐受高充放电电位最大,进一步改善了活性材料颗粒表面的裂缝数量和颗粒破碎情况,进一步避免了在锂离子电池循环末期正极片表层活性材料严重恶化,进而提高了锂离子电池的循环性能和可靠性。
接下来对正极片进行说明。
其中,正极片冷压后的厚度为40~300μm;优选地,正极片冷压后的厚度为80~200μm,例如,100μm、120μm、140μm、160μm、180μm等其他厚度,无论如何选择正极片冷压后的厚度,只要使得正极片冷压后的厚度处于上述列举的厚度范围内即可。
其中,正极片的压实密度为1.4~4.2g/cm3;优选地,正极片的压实密度为2.6~3.8g/cm3,例如,2.8g/cm3、3.0g/cm3、3.2g/cm3、3.4g/cm3、3.6g/cm3等其他压实密度,无论如何选择正极片的压实密度,只要使得正极片的压实密度处于上述列举的压实密度范围内即可。
进一步地,正极片的每层活性材料层2的压实密度为1.4~4.2g/cm3;优选地,2.6~3.8g/cm3,例如,2.8g/cm3、3.0g/cm3、3.2g/cm3、3.4g/cm3、3.6g/cm3等其他压实密度,无论如何选择,只要使得每层活性材料层2的压实密度处于上述列举的压实密度范围内即可。
其中,正极片的涂布重量为50~400g/m2,即N层活性材料层2的总涂布重量;优选地,正极片的涂布重量为100~300g/m2,例如,150g/m2、200g/m2、250g/m2等其他涂布重量,无论如何选择正极片的涂布重量,只要使得正极片的涂布重量处于上述列举的涂布重量范围内即可。
接下来对每层活性材料层2包含的其他原料进一步介绍。
优选地,每层活性材料层2还包含增稠剂、导电剂、粘结剂和有机溶剂。
其中,增稠剂选自羧甲基纤维素钠或羧甲基纤维素锂等。
其中,导电剂选自导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、导电石墨、导电碳纤维、石墨烯、单壁或多壁碳纳米管、金属粉、碳纤维等。
其中,粘结剂选自丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚四氟乙烯、聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯等。
其中,有机溶剂选自N-甲基吡咯烷酮、碳酸乙烯酯、甲酸甲酯、二甘醇二甲醚等。
进一步地,正极片中包含的第一活性材料31和第二活性材料32的质量之和占正极片的总质量的比例为94~99%;优选地,正极片中包含的第一活性材料31和第二活性材料32的质量之和占正极片的总质量的比例为96~98%,例如,96.5%、97%、97.5%等其他比例,无论如何选择正极片中包含的第一活性材料31和第二活性材料32的质量之和占正极片的总质量的比例,只要使得上述比例处于上述列举的比例范围内即可。其中,第一活性材料31和第二活性材料32的质量之和是涂布正极片上的N层活性材料层2所包含的第一活性材料31和第二活性材料32的质量总和。
更进一步地,正极片的每层活性材料层2中包含的第一活性材料31和第二活性材料32的质量之和占其所对应的活性材料层2的总质量的比例为94~99%,优选地,96~98%,例如,96.5%、97%、97.5%等其他比例,无论如何选择,只要使得上述比例处于上述列举的比例范围内即可。
下面结合实施例和对比例对本实用新型的正极片做进一步详细的说明。
对比例1:单层活性材料层
步骤1:将负极活性材料人造石墨、增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC-Na)、粘结剂丁苯橡胶、导电剂导电炭黑按照重量比98%:0.7%:0.8%:0.5%进行混合,加入去离子水,在真空搅拌机作用下获得负极浆料,其中,负极浆料的固含量为40%~49%,粘度为2000~6000mPa·s,按照挤压涂布方式用挤压式涂布机将负极浆料涂布在5μm厚的铜箔上,完成涂布工序。随后烘干、冷压、分条,完成负极片的制备。
步骤2:获取二次颗粒NCM811材料(即二次颗粒高Ni-NCM材料)、PVDF和导电炭黑,并将二次颗粒NCM811材料、PVDF和导电炭黑按照重量比97.5%:1.4%:1.1%进行混合,加入NMP(N-甲基吡咯烷酮),在真空搅拌机作用下获得正极浆料,其中,正极浆料的固含量为70%~80%,粘度为3500~6500mPa·s,按照挤压涂布方式用挤压式涂布机将正极浆料涂布在10μm厚的铝箔上,完成涂布工序。随后烘干、冷压、分条,完成正极片的制备。
其中,正极片压实密度为3.6g/cm3。
步骤3:将步骤1中得到的负极片以及步骤2中的到的正极片分别模切后与隔膜一起叠片制备裸电芯,将裸电芯放入包装袋中,经过注液、化成、分容、静置等工序,完成锂离子电池的电芯制备。
对比例2:单层活性材料层
步骤1:同对比例1的步骤1。
步骤2:获取单晶颗粒NCM622材料(即单晶颗粒中Ni-NCM材料)、PVDF和导电炭黑,并将单晶颗粒NCM622材料、PVDF和导电炭黑按照重量比97.5%:1.4%:1.1%进行混合,加入NMP,在真空搅拌机作用下获得正极浆料,其中,正极浆料的固含量为70%~80%,粘度为3500~6500mPa·s,按照挤压涂布方式用挤压式涂布机将正极浆料涂布在10μm厚的铝箔上,完成涂布工序。随后烘干、冷压、分条,完成正极片的制备。
其中,正极片压实密度为3.4g/cm3。
步骤3:同对比例1的步骤3。
对比例3:双层活性材料层
步骤1:同对比例1的步骤1。
步骤2:获取单晶颗粒NCM622材料(即单晶颗粒中Ni-NCM材料)、PVDF和导电炭黑,并将单晶颗粒NCM622材料、PVDF和导电炭黑按照重量比97.5%:1.4%:1.1%进行混合,加入NMP,在真空搅拌机作用下获得第1活性材料层浆料,其中,第1活性材料层浆料的固含量为70%~80%,粘度为3500~6500mPa·s;
获取二次颗粒NCM811材料、PVDF和导电炭黑,并将二次颗粒NCM811材料、PVDF和导电炭黑按照重量比97.5%:1.4%:1.1%进行混合,加入NMP,在真空搅拌机作用下获得第2活性材料层浆料,其中,第2活性材料层浆料的固含量为70%~80%,粘度为3500~6500mPa·s;
将上述第1活性材料层浆料和第2活性材料层浆料采用双层涂布机同时涂布在10μm厚的铝箔上,且靠近铝箔区域涂第1活性材料层浆料,远离铝箔区域涂第2活性材料层浆料,完成涂布工序。随后烘干、冷压、分条,完成正极片的制备。
其中,正极片第1活性材料层的压实密度为3.4g/cm3,正极片第2活性材料层的压实密度为3.6g/cm3。
步骤3:同对比例1的步骤3。
对比例4:单层活性材料层
步骤1:同对比例1的步骤1。
步骤2:获取磷酸铁锂材料、PVDF和导电炭黑,并将磷酸铁锂材料、PVDF和导电炭黑按照重量比97.5%:1.4%:1.1%进行混合,加入NMP(N-甲基吡咯烷酮),在真空搅拌机作用下获得正极浆料,其中,正极浆料的固含量为70%~80%,粘度为3500~6500mPa·s,按照挤压涂布方式用挤压式涂布机将正极浆料涂布在10μm厚的铝箔上,完成涂布工序。随后烘干、冷压、分条,完成正极片的制备。
其中,正极片压实密度为2.5g/cm3。
步骤3:同对比例1的步骤3。
实施例1:双层活性材料层
步骤1:同对比例1的步骤1。
步骤2:获取二次颗粒NCM811材料、PVDF和导电炭黑,并将二次颗粒NCM811材料、PVDF和导电炭黑按照重量比97.5%:1.4%:1.1%进行混合,加入NMP,在真空搅拌机作用下获得第1活性材料层浆料,其中,第1活性材料层浆料的固含量为70%~80%,粘度为3500~6500mPa·s;
获取单晶颗粒NCM622材料、PVDF和导电炭黑,并将单晶颗粒NCM622材料、PVDF和导电炭黑按照重量比97.5%:1.4%:1.1%进行混合,加入NMP,在真空搅拌机作用下获得第2活性材料层浆料,其中,第2活性材料层浆料的固含量为70%~80%,粘度为3500~6500mPa·s;
将上述第1活性材料层浆料和第2活性材料层浆料采用双层涂布机同时涂布在10μm厚的铝箔上,且靠近铝箔区域涂第1活性材料层浆料,远离铝箔区域涂第2活性材料层浆料,完成涂布工序。随后烘干、冷压、分条,完成正极片的制备。
其中,第1活性材料层的压实密度为3.6g/cm3;第2活性材料层的压实密度为3.4g/cm3。
步骤3:同对比例1的步骤3。
实施例2:双层活性材料层
步骤1:同对比例1的步骤1。
步骤2:获取二次颗粒NCM811材料、PVDF和导电炭黑,并将二次颗粒NCM811材料、PVDF和导电炭黑按照重量比97.5%:1.4%:1.1%进行混合,加入NMP,在真空搅拌机作用下获得第1活性材料层浆料,其中,第1活性材料层浆料的固含量为70%~80%,粘度为3500~6500mPa·s;
获取磷酸铁锂材料、PVDF和导电炭黑,并将磷酸铁锂材料、PVDF和导电炭黑按照重量比97.5%:1.4%:1.1%进行混合,加入NMP,在真空搅拌机作用下获得第2活性材料层浆料,其中,第2活性材料层浆料的固含量为70%~80%,粘度为3500~6500mPa·s;
将上述第1活性材料层浆料和第2活性材料层浆料采用双层涂布机同时涂布在10μm厚的铝箔上,且靠近铝箔区域涂第1活性材料层浆料,远离铝箔区域涂第2活性材料层浆料,完成涂布工序。随后烘干、冷压、分条,完成正极片的制备。
其中,第1活性材料层的压实密度为3.6g/cm3;第2活性材料层的压实密度为2.5g/cm3。
步骤3:同对比例1的步骤3。
实施例3:双层活性材料层
步骤1:同对比例1的步骤1。
步骤2:获取二次颗粒NCM811材料、PVDF和导电炭黑,并将二次颗粒NCM811材料、PVDF和导电炭黑按照重量比97.5%:1.4%:1.1%进行混合,加入NMP,在真空搅拌机作用下获得第1活性材料层浆料,其中,第1活性材料层浆料的固含量为70%~80%,粘度为3500~6500mPa·s;
获取重量比为50%单晶颗粒NCM622材料与50%磷酸铁锂材料的活性材料混合物、PVDF和导电炭黑,并将活性材料混合物、PVDF和导电炭黑按照重量比97.5%:1.4%:1.1%进行混合,加入NMP,在真空搅拌机作用下获得第2活性材料层浆料,其中,第2活性材料层浆料的固含量为70%~80%,粘度为3500~6500mPa·s;
将上述第1活性材料层浆料和第2活性材料层浆料采用双层涂布机同时涂布在10μm厚的铝箔上,且靠近铝箔区域涂第1活性材料层浆料,远离铝箔区域涂第2活性材料层浆料,完成涂布工序。随后烘干、冷压、分条,完成正极片的制备。
其中,第1活性材料层的压实密度为3.6g/cm3;第2活性材料层的压实密度为3g/cm3。
步骤3:同对比例1的步骤3。
实施例4:三层活性材料层
步骤1:同对比例1的步骤1。
步骤2:以第1活性材料层和第3活性材料层为例
获取二次颗粒NCM811材料、PVDF和导电炭黑,并将二次颗粒NCM811材料、PVDF和导电炭黑按照重量比97.5%:1.4%:1.1%进行混合,加入NMP,在真空搅拌机作用下获得第1活性材料层浆料,其中,第1活性材料层浆料的固含量为70%~80%,粘度为3500~6500mPa·s;
获取重量比为33%单晶颗粒NCM622材料与67%磷酸铁锂材料的活性材料混合物、PVDF和导电炭黑,并将活性材料混合物、PVDF和导电炭黑按照重量比97.5%:1.4%:1.1%进行混合,加入NMP,在真空搅拌机作用下获得第3活性材料层浆料,其中,第3活性材料层浆料的固含量为70%~80%,粘度为3500~6500mPa·s;
将全部活性材料层浆料采用涂布机同时依次涂布在10μm厚的铝箔上,且离铝箔最近区域涂第1活性材料层浆料,离铝箔最远区域涂第3活性材料层浆料,完成涂布工序。随后烘干、冷压、分条,完成正极片的制备。
其中,第1活性材料层的压实密度为3.6g/cm3;第3活性材料层的压实密度为2.8g/cm3。
步骤3:同对比例1的步骤3。
实施例5:十层活性材料层
步骤1:同对比例1的步骤1。
步骤2:以第1活性材料层和第10活性材料层为例
获取二次颗粒NCM811材料、PVDF和导电炭黑,并将二次颗粒NCM811材料、PVDF和导电炭黑按照重量比97.5%:1.4%:1.1%进行混合,加入NMP,在真空搅拌机作用下获得第1活性材料层浆料,其中,第1活性材料层浆料的固含量为70%~80%,粘度为3500~6500mPa·s;
获取重量比为10%单晶颗粒NCM622材料与90%磷酸铁锂材料的活性材料混合物、PVDF和导电炭黑,并将活性材料混合物、PVDF和导电炭黑按照重量比97.5%:1.4%:1.1%进行混合,加入NMP,在真空搅拌机作用下获得第10活性材料层浆料,其中,第10活性材料层浆料的固含量为70%~80%,粘度为3500~6500mPa·s;
将全部活性材料层浆料采用涂布机同时依次涂布在10μm厚的铝箔上,且离铝箔最近区域涂第1活性材料层浆料,离铝箔最远区域涂第10活性材料层浆料,完成涂布工序。随后烘干、冷压、分条,完成正极片的制备。
其中,第1活性材料层的压实密度为3.6g/cm3;第10活性材料层的压实密度为2.6g/cm3。
步骤3:同对比例1的步骤3。
实施例6:双层活性材料层
步骤1:同对比例1的步骤1。
步骤2:获取重量比为50%二次颗粒NCM811材料与50%多晶颗粒NCM811材料(即多晶颗粒高Ni-NCM材料)的活性材料混合物、PVDF和导电炭黑,并将活性材料混合物、PVDF和导电炭黑按照重量比97.5%:1.4%:1.1%进行混合,加入NMP,在真空搅拌机作用下获得第1活性材料层浆料,其中,第1活性材料层浆料的固含量为70%~80%,粘度为3500~6500mPa·s;
获取重量比为50%单晶颗粒NCM811材料(即单晶颗粒高Ni-NCM材料)与50%磷酸锰铁锂材料的活性材料混合物、PVDF和导电炭黑,并将活性材料混合物、PVDF和导电炭黑按照重量比97.5%:1.4%:1.1%进行混合,加入NMP,在真空搅拌机作用下获得第2活性材料层浆料,其中,第2活性材料层浆料的固含量为70%~80%,粘度为3500~6500mPa·s;
将上述第1活性材料层浆料和第2活性材料层浆料采用双层涂布机同时涂布在10μm厚的铝箔上,且靠近铝箔区域涂第1活性材料层浆料,远离铝箔区域涂第2活性材料层浆料,完成涂布工序。随后烘干、冷压、分条,完成正极片的制备。
其中,第1活性材料层的压实密度为3.5g/cm3;第10活性材料层的压实密度为3.1g/cm3。
步骤3:同对比例1的步骤3。
实施例7:双层活性材料层
步骤1:同对比例1的步骤1。
步骤2:获取重量比为50%二次颗粒NCM811材料与50%多晶颗粒NCM811材料的活性材料混合物、PVDF和导电炭黑,并将活性材料混合物、PVDF和导电炭黑按照重量比97.5%:1.4%:1.1%进行混合,加入NMP,在真空搅拌机作用下获得第1活性材料层浆料,其中,第1活性材料层浆料的固含量为70%~80%,粘度为3500~6500mPa·s;
获取重量比为50%二次颗粒NCM523材料(即二次颗粒低Ni-NCM材料)与50%镍锰酸锂材料的活性材料混合物、PVDF和导电炭黑,并将活性材料混合物、PVDF和导电炭黑按照重量比97.5%:1.4%:1.1%进行混合,加入NMP,在真空搅拌机作用下获得第2活性材料层浆料,其中,第2活性材料层浆料的固含量为70%~80%,粘度为3500~6500mPa·s;
将上述第1活性材料层浆料和第2活性材料层浆料采用双层涂布机同时涂布在10μm厚的铝箔上,且靠近铝箔区域涂第1活性材料层浆料,远离铝箔区域涂第2活性材料层浆料,完成涂布工序。随后烘干、冷压、分条,完成正极片的制备。
其中,第1活性材料层的压实密度为3.5g/cm3;第2活性材料层的压实密度为2.9g/cm3。
步骤3:同对比例1的步骤3。
实施例8:双层活性材料层
步骤1:同对比例1的步骤1。
步骤2:获取重量比为50%二次颗粒NCM811材料与50%常规钴酸锂材料的活性材料混合物、PVDF和导电炭黑,并将活性材料混合物、PVDF和导电炭黑按照重量比97.5%:1.4%:1.1%进行混合,加入NMP,在真空搅拌机作用下获得第1活性材料层浆料,其中,第1活性材料层浆料的固含量为70%~80%,粘度为3500~6500mPa·s;
获取重量比为50%耐高电压钴酸锂材料与50%富锂锰酸锂材料的活性材料混合物、PVDF和导电炭黑,并将活性材料混合物、PVDF和导电炭黑按照重量比97.5%:1.4%:1.1%进行混合,加入NMP,在真空搅拌机作用下获得第2活性材料层浆料,其中,第2活性材料层浆料的固含量为70%~80%,粘度为3500~6500mPa·s;
将上述第1活性材料层浆料和第2活性材料层浆料采用双层涂布机同时涂布在10μm厚的铝箔上,且靠近铝箔区域涂第1活性材料层浆料,远离铝箔区域涂第2活性材料层浆料,完成涂布工序。随后烘干、冷压、分条,完成正极片的制备。
其中,第1活性材料层的压实密度为3.8g/cm3;第2活性材料层的压实密度为3.1g/cm3。
步骤3:同对比例1的步骤3。
实施例9:三层活性材料层
步骤1:同对比例1的步骤1。
步骤2:获取二次颗粒NCM811材料、PVDF和导电炭黑,并将二次颗粒NCM811材料、PVDF和导电炭黑按照重量比97.5%:1.4%:1.1%进行混合,加入NMP,在真空搅拌机作用下获得第1活性材料层浆料,其中,第1活性材料层浆料的固含量为70%~80%,粘度为3500~6500mPa·s;
获取重量比为80%单晶颗粒NCM811材料与20%磷酸锰铁锂材料的活性材料混合物、PVDF和导电炭黑,并将活性材料混合物、PVDF和导电炭黑按照重量比97.5%:1.4%:1.1%进行混合,加入NMP,在真空搅拌机作用下获得第2活性材料层浆料,其中,第2活性材料层浆料的固含量为70%~80%,粘度为3500~6500mPa·s;
获取磷酸锰铁锂材料、PVDF和导电炭黑,并将磷酸锰铁锂材料、PVDF和导电炭黑按照重量比97.5%:1.4%:1.1%进行混合,加入NMP,在真空搅拌机作用下获得第3活性材料层浆料,其中,第3活性材料层浆料的固含量为70%~80%,粘度为3500~6500mPa·s;
将全部活性材料层浆料采用三层涂布机同时涂布在10μm厚的铝箔上,且沿着远离铝箔区域的方向依次涂布第1活性材料层浆料、第2活性材料层浆料与第3活性材料层浆料,完成涂布工序。随后烘干、冷压、分条,完成正极片的制备。
其中,第1活性材料层的压实密度为3.6g/cm3;第2活性材料层的压实密度为3.2g/cm3;第3活性材料层的压实密度为2.6g/cm3。
步骤3:同对比例1的步骤3。
对于上述对比例1至对比例4,以及实施例1至实施例9,分别在45℃环境下,1.5C充/1C放循环500次后,测定质量能量密度均值、容量保持率、循环膨胀率、1h通过温度上限等参数,以及80%SOC10s脉冲放电最大倍率,所得测试结果如表1所示。
其中,质量能量密度均值的测试方法为:将电芯置于45℃环境中,静置3h,待电芯达到45℃时,按照1.5C放电到3V,静置30min;按照1.5C恒压充到截止电流,静置30min;重复上述步骤3次,并分别计量每次放电能量,计算3次放电能量E的平均值Eeverage;用衡器测量电芯的质量M,并计算质量能量密度均值PED,PED=Eeverage/M。
其中,45℃循环500圈容量保持率的测试方法为:将电芯置于45℃环境中,静置3h,待电芯达到45℃时,按照1.5C充电到4.3V,再0.7C充电到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Q1,当循环达到所需的次数时,以前一次的放电容量作为电池的容量Q2,并计算容量保持率,容量保持率(%)=Q2/Q1×100%。
其中,45℃循环500圈后循环膨胀率的测试方法为:将电芯置于45℃环境中,对电芯进行表面清理,并将电芯放电至0%SOC状态,启动压力机,缓慢施加5000N压力并保持,施加压力的速率为16N/s,保持20s后将位移数值清零;将电芯置于压力机内,缓慢施加5000N压力并保持,施加压力的速率为14N/s,保持26s后,测量电池的厚度L;将位移数值清零并保持压力不变,对电芯进行充放电循环500次,充放电循环的电压为2~5V,连续记录充放电循环过程中的厚度变化值ΔL,得到可逆膨胀值、不可逆膨胀值和充电膨胀值,并计算膨胀率,膨胀率=ΔL/L*100%。
其中,45℃循环500圈后热箱测试1h通过温度上限的测试方法为:电芯经过1C/1C45℃循环500圈循环后,将电芯停止测试冷却至室温,随后满充,并进行不同指定温度的热箱1h测试,每2-3℃一个台阶,上述电芯经过热箱测试后,不起火燃烧的最高温度。
其中,脉冲放电最大倍率的测试方法为:将电芯放置在25℃±2℃条件下且达温度稳定,后调节电芯至80%SOC,SOC为电池的荷电状态,80%SOC指电池中剩余80%电荷的可用状态,对电芯进行多次放电脉冲测试,根据测试结果建立电流与时间关系数据,然后分析数据,找到电池脉冲放电最大倍率Cd。
表1.实施例和对比例的锂离子电池的性能参数
从表1可以看出,将实施例1与对比例1进行对比,即将实施例1限定的双层活性材料层结构(即远离正极集流体的活性材料层仅含相对耐高电位的第二活性材料,靠近正极集流体的活性材料层仅含相对不耐高电位的第一活性材料)与仅含相对不耐高电位的第一活性材料的单层活性材料层结构进行对比,虽然质量能量密度均值略有一点损失,脉冲放电最大倍率明显降低,但是容量保持率明显提高、循环膨胀率明显降低、通过温度上限也明显提高,有利于提高锂离子电池的循环性能。
进一步地,将实施例1与对比例2进行对比,即将实施例1限定的双层活性材料层结构(同上)与仅含相对耐高电位的第二活性材料的单层活性材料层结构进行对比,虽然容量保持率略有损失、循环膨胀率略有升高、通过温度上限略有降低,但是质量能量密度均值明显提高,而且脉冲放电最大倍率也有所升高,有利于提高锂离子电池的综合性能。
进一步地,将实施例1与对比例3进行对比,即将实施例1限定的双层活性材料层结构(同上)和与其相反的双层活性材料层结构(即远离正极集流体的活性材料层仅含相对不耐高电位的第一活性材料,靠近正极集流体的活性材料层仅含相对耐高电位的第二活性材料)进行对比,虽然脉冲放电最大倍率略有降低,但是容量保持率明显提高、循环膨胀率明显降低、通过温度上限也明显提高,而且质量能量密度也有所提高,可以实现锂离子电池的高质量能量密度和较佳的循环能力兼顾的目的。
进一步地,将实施例1与对比例4进行对比,即将实施例1限定的双层活性材料层结构(同上)与仅含相对耐高电位的第二活性材料的单层活性材料层结构进行对比,虽然容量保持率明显降低、循环膨胀率明显升高、通过温度上限明显降低、脉冲放电最大倍率明显降低,但是质量能量密度均值大幅提高,有利于提高锂离子电池的综合性能。
从表1还可以看出,实施例2和3、实施例6至8,将相对不耐高电位的第一活性材料替换为二次颗粒NCM811材料与多晶颗粒NCM811材料的组合、或二次颗粒NCM811材料与常规钴酸锂材料的组合,将相对耐高电位的第二活性材料替换为磷酸铁锂材料、单晶颗粒NCM622材料和磷酸铁锂材料的组合、单晶颗粒NCM811材料和磷酸锰铁锂材料的组合、二次颗粒NCM523材料和镍锰酸锂材料的组合、耐高电压钴酸锂材料和富锂锰酸锂材料的组合、或单晶颗粒NCM811材料和磷酸锰铁锂材料的组合,也能够取得类似于实施例1的技术效果。
从表1还可以看出,实施例4、5和9,将活性材料层设置为三层、十层结构,也能够取得类似于实施例1的技术效果。
本领域的技术人员能够理解,尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征,但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如,在本实用新型的权利要求书中,所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
此外,本实用新型还提供了一种锂离子电池,该锂离子电池包括上述实施方式中任一项的正极片。
此外,本实用新型还提供了一种电动汽车,该电动汽车包括上述实施方式中任一项的正极片或者锂离子电池。
至此,已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案,但是,本领域技术人员容易理解的是,本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下,本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换,这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种正极片,其特征在于,所述正极片包括正极集流体,所述正极集流体包括相背对的第一侧面和第二侧面,所述第一侧面和所述第二侧面中的至少一个上设置有N层活性材料层,每层所述活性材料层包含第一活性材料或第二活性材料,
所述第一活性材料为相对不耐高电位的正极材料,所述第二活性材料为相对耐高电位的正极材料,
第N活性材料层包含所述第二活性材料,不包含所述第一活性材料;并且
第1活性材料层包含所述第一活性材料,不包含所述第二活性材料;
其中,N为所述活性材料层的总层数,N为正整数,且N>1。
2.根据权利要求1所述的正极片,其特征在于,所述正极片冷压后的厚度为40~300μm。
3.根据权利要求2所述的正极片,其特征在于,所述正极片冷压后的厚度为80~200μm。
4.根据权利要求1所述的正极片,其特征在于,每层所述活性材料层的压实密度为1.4~4.2g/cm3。
5.根据权利要求4所述的正极片,其特征在于,每层所述活性材料层的压实密度为2.6~3.8g/cm3。
6.根据权利要求1所述的正极片,其特征在于,所述正极片的涂布重量为50~400g/m2。
7.根据权利要求6所述的正极片,其特征在于,所述正极片的涂布重量为100~300g/m2。
8.一种锂离子电池,其特征在于,所述锂离子电池包括权利要求1至7中任一项所述的正极片。
9.一种车辆,其特征在于,所述车辆包括权利要求1至7中任一项所述的正极片或者权利要求8所述的锂离子电池。
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