一种正极片及电池的制作方法

文档序号：26093068发布日期：2021-07-30 18:02阅读：57来源：国知局

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种正极片及电池。

背景技术：

随着锂离子电池技术的不断发展，锂离子电池在人们日常生活中的使用率越来越高，锂离子电池的广泛应用使得对锂离子电池本身的能量密度的要求越来越高，因此，需要提高锂离子电池中正极活性物质的克容量以提高锂离子电池的能量密度。但是，提高锂离子电池中正极活性物质的克容量，会使得正极片中的钴酸锂脱锂量的增加，导致钴酸锂的结构稳定性降低，进而导致锂离子电池高温循环变差。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种正极片及电池，以解决现有的钴酸锂的结构稳定性降低，进而导致锂离子电池高温循环变差的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种正极片，包括：集流体，所述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侧面上设置有n层活性材料层，n为大于1的整数，每层所述活性材料层均包含有钴酸锂颗粒和粘接剂；

其中，第i层活性材料层的铝元素的含量小于第i+1层活性材料层的铝元素的含量，第i层活性材料层中包括第一粘接剂，第i+1层活性材料层中包括第二粘接剂，所述第一粘接剂的分子量所述第二粘接剂的分子量；

其中，所述第i层为靠近所述第一侧面或者所述第二侧面的活性材料层，所述第i+1层为远离所述第一侧面或者所述第二侧面的活性材料层，i为大于或者等于1小于n的正整数。

可选地，所述第二粘接剂由第三粘接剂和第四粘接剂混合组成，所述第一粘接剂的分子量小于所述第三粘接剂的分子量，且所述第一粘接剂的分子量小于所述第四粘接剂的分子量。

可选地，所述第i层活性材料层的铝元素的含量为1000至5000ppm，所述第i+1层活性材料层的铝元素的含量为5000至15000ppm。

可选地，所述第i层活性材料层中钴酸锂颗粒的粒径小于所述第i+1层活性材料层中钴酸锂颗粒的粒径。

可选地，所述第i层活性材料层中钴酸锂颗粒的d50范围为10至15μm，所述第i+1层活性材料层中钴酸锂颗粒的d50范围为15至30μm。

可选地，所述第i层活性材料层的面密度为第一面密度，所述第i+1层活性材料层的面密度为第二面密度，所述第一面密度小于或者等于所述第二面密度，或者，所述第一面密度大于或者等于所述第二面密度。

可选地，所述第一面密度与所述第二面密度的比值范围为1：9至9：1。

可选地，所述活性材料层中的元素还包括镁锰元素、钛元素、锆元素、和钇锆元素中的一种或者多种。

可选地，所述第一粘接剂为第一pvdf胶，所以第三粘接剂为第二pvdf胶，所述第四粘接剂为导电聚合物，所述第一pvdf胶的分子量小于所述第二pvdf胶的分子量，且所述第一pvdf胶的分子量小于所述导电聚合物的分子量。

第二方面，本发明实施例还提供了一种电池，包括如第一方面所述的正极片。

本发明实施例提供的技术方案中，通过设置n层活性材料层的铝元素的含量由靠近所述集流体的底层向远离所述集流体的表层逐层增大，可以使得n层活性材料层中钴酸锂颗粒的稳定性由底层向表层逐层提升，可以充分发挥钴酸锂颗粒的克容量的优势，并保持结构稳定性，可以保证在高能量密度的条件下，实现聚合物锂离子电池的长循环寿命，此外，在靠近所述集流体的底层的钴酸锂颗粒中引入分子量更小的粘接剂，可以提升粘接剂的粘接性，在远离所述集流体的表层中引入动力学性能更优的粘接剂，可以使得不同特性的钴酸锂颗粒搭配合适的粘接剂。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种正极片的结构示意图。

附图标记：

101、集流体；102、第i层活性材料层；103、第i+1层活性材料层；104、隔膜；105、包覆层；106、粘接剂。

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作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

请参照图1，本发明实施例提供了一种正极片，包括：集流体101，集流体101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侧面上设置有n层活性材料层，n为大于1的整数，每层活性材料层均包含有钴酸锂颗粒和粘接剂106；其中，第i层活性材料层102的铝元素的含量小于第i+1层活性材料层103的铝元素的含量，第i层活性材料层102中包括第一粘接剂106，第i+1层活性材料层103中包括第二粘接剂106，第一粘接剂106的分子量小于第二粘接剂106的分子量；其中，第i层为靠近第一侧面或者第二侧面的活性材料层，第i+1层为远离第一侧面或者第二侧面的活性材料层，i为大于或者等于1小于n的正整数。

在该实施方式中，集流体为正极集流体，n的取值可以是2，也可以是3或者4等大于1的整数，在该实施方式中，以2层活性材料层为例进行详细说明，此处，仅作示例，不做限定。

需要说明的是，在实际应用中，正极片的材料配方可以包括主材、导电剂和粘结剂，其中，主材可以是钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂或者三元材料中的一种或多种材料的掺混，导电剂可以是炭黑、碳纳米管、石墨烯等导电材料，导电剂可以是其中的一种，也可以是其中的多种导电剂复配；需要指出的是，在该实施方式中，主材至少包括钴酸锂。粘结剂可以是聚偏氟乙烯(pvdf)或功能类似的聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚丙烯腈(pan)、聚氧化乙烯(peo)等，也可以是sbr类或聚丙烯酸酯类等材料中的一种或多种。配方中各组分的含量范围如下：主材为92-98％，导电剂为0.5-4％，粘结剂为0.5-4％，本实施方式中，正极片的材料配方中的辅材种类与含量与现有的正极片的材料配方相同，区别在于主材钴酸锂的不同，即钴酸锂颗粒中铝(al)含量和钴酸锂颗粒的粒径大小不同。

具体而言，在该实施方式中，以在集流体的第一侧面设置2层活性材料层为例进行示例说明，在设置该2层活性材料层时，在靠近集流体的一侧(底层)的活性材料层涂覆铝元素的含量较小的钴酸锂颗粒，在远离集流体的一侧(表层)，也即靠近隔膜104的一侧的活性材料层涂覆铝元素的含量较大的钴酸锂颗粒。换言之，在正极片厚度方向的al含量和钴酸锂颗粒的大小呈现梯度分布的趋势，总体呈现底层al含量相对少，表层al含量相对多的分布趋势。

值得说明的是，底层钴酸锂颗粒中al的含量少，阻抗低，选择搭配小分子量的粘接剂，可以提升钴酸锂活性层与正极集流体的粘接；表层钴酸锂颗粒中al的含量多，阻抗大，选择动力学性能较强的粘接剂，本实施例中动力学较强的粘接剂可以通过常规pvdf胶掺混少量的导电聚合物得到。此处仅做示例，不做限定。

需要说明的是，在一个可行的实施方式中，可以在每一层活性材料层中设置一层包覆层105，在一些可行的实施方式中，可以通过表面包覆层105的颜色判断al的含量，例如，颜色越深，说明包覆层105厚度越厚，说明al的含量越大，此处仅做示例，不做限定。

上述的正极片，通过设置n层活性材料层的铝元素的含量由靠近所述集流体的底层向远离所述集流体的表层逐层增大，可以得n层活性材料层中钴酸锂颗粒的稳定性由底层向表层逐层提升，同时在靠近所述集流体的底层的钴酸锂颗粒中引入粘接性更强的粘接剂，远离所述集流体的表层中引入动力学性能更优的粘接剂，从而使得不同特性的钴酸锂颗粒搭配合适的粘接剂，可以充分发挥钴酸锂颗粒的克容量的优势，并保持结构稳定性，可以保证在高能量密度的条件下，实现聚合物锂离子电池的长循环寿命。

需要说明的是，粘接剂的分子量越小，粘接性越高。

可选地，第二粘接剂由第三粘接剂和第四粘接剂混合组成，第一粘接剂的分子量小于第三粘接剂的分子量，且第一粘接剂的分子量小于第四粘接剂的分子量。

在该实施方式中，双层涂布(n＝2)为例进行示例说明，其中，包括两种钴酸锂颗粒和三种粘接剂。该两种钴酸锂颗粒分别为p钴酸锂颗粒和q钴酸锂颗粒。该三种粘接剂分别为m粘接剂(常规pvdf胶)，n粘接剂(小分子量的pvdf胶)，x粘接剂(导电聚合物)。其中，第i层活性材料层中al的含量为1000-5000ppm，第i+1层活性材料层中al的含量为5000-15000ppm。在该实施方式中，可以将p钴酸锂颗粒涂布在第i层活性材料层102，将q钴酸锂颗粒涂布在第i+1层活性材料层103。则，第i层活性材料层中al的含量可以是3500ppm，也可以是4000ppm。第i层活性材料层中al的含量可以是5500ppm，也可以是6000ppm，还可以是7500ppm。此处仅作示例，不做限定。只需满足底层的铝元素的含量小于表层的铝元素的含量即可。但不论其作何变换，都在本申请实施方式保护的范围之内。

在一示例中，可以制备p钴酸锂+n粘接剂浆料，涂覆在靠近集流体一侧；制备q钴酸锂+m和x混合浆料，涂覆在靠近隔膜104一侧。

可选地，第i层活性材料层102中钴酸锂颗粒的粒径小于第i+1层活性材料层103中钴酸锂颗粒的粒径。

在一个可行的实施方式中，第i层活性材料层102中钴酸锂颗粒的d50范围为10-15μm，第i+1层活性材料层103中钴酸锂颗粒的d50范围为15-20μm。

可变换地，在其他可行的实施方式中，还可以在一定范围内调整底层或者表层中钴酸锂颗粒的d50值，只需满足底层中钴酸锂颗粒的d50小于表层中钴酸锂颗粒的d50即可。但不论其作何变换，都在本申请实施方式保护的范围之内。

可选地，第i层活性材料层102的面密度为第一面密度，第i+1层活性材料层103的面密度为第二面密度，第一面密度小于或者等于所述第二面密度，或者，第一面密度大于或者等于所述第二面密度。

在一个可行的实施方式中，第一面密度与第二面密度的比值范围为1：9至9：1。

需要说明的是，在极片的不同区域(厚度方向)，al含量大小的分布范围，大小颗粒分布的区域大小，可以通过在不同活性材料层中涂布不同用量的钴酸锂进行控制。

在该实施方式中，钴酸锂颗粒的固含量范围为60％-80％，钴酸锂颗粒的黏度范围为2000-7000mpa.s。

需要说明的是，活性材料层中的元素还包括镁锰元素、钛元素、锆元素、和钇锆元素中的一种或者多种。

值得说明的是，在配制形成钴酸锂颗粒的钴酸锂浆料时，需要对不同层使用的钴酸锂浆料同时进行配制。例如，对于上述的p钴酸锂与q钴酸锂，在配制过程中，需要同时配制p钴酸锂浆料与q钴酸锂浆料，并尽量维持待涂布的浆料具有相近的固含和黏度，两种浆料的固含和黏度必须在可正常涂布的工艺范围内，一般正极固含量的范围为60％-80％，黏度范围为2000-7000mpa.s，例如，固含量可以是70％，黏度可以是5000mpa.s，此处仅作示例，不做限定。同时为避免浆料沉降影响最终的电池性能，需保证在出料后24h内完成涂布。在涂布时，对于不同配方的浆料，可以同时涂布在集流体上，也可以一层一层的涂布；在此基础上，在涂布完成后，其他工序不发生变化，按正常的辊压、卷绕、封装、注液、化成、分选等工序可以制成软包聚合物锂离子电池。此处，不做赘述。

本发明实施例还提供了一种电池，所述电池包括本发明实施例提供的正极片。需要说明的是，所述电池包括本发明实施例提供的正极片的全部技术特征，且可实现本发明实施例提供的正极片的全部技术效果，为避免重复，在此不再赘述。

下面介绍采用本申请实施方式制作的锂离子电池的实施例和几个不同对比例的实验说明：

需要说明的是，在采用本申请实施方式制作锂离子电池时，在双层涂布技术中，负极片面密度为双层中每层面密度的总和，正、负极涂布完成后，再按照工艺设计厚度进行辊压，以确定正负极压实密度符合工艺要求，之后进行制片(焊接极耳)和卷绕(正极+隔膜+负极)，搭配本发明所述隔膜；然后进行封装、注液和化成，再进行二封，最后进行分选后完成软包聚合物锂离子电池的制作，再报检测试。本发明实施例中正极配方为：钴酸锂:粘接剂(pvdf):导电剂(炭黑)＝97.5％：1.5％：1％(质量比)；正极配方中所选主材、粘接剂和导电剂不局限于实施例中所述种类。

上述步骤为本申请实施方式制作锂离子电池的工艺步骤，对于具体参数取值，将在下面的实施例中具体介绍。

对比例1

(1)将p钴酸锂搭配常规m粘接剂(pvdf)，制备成上述正极97.5％配方的成浆料，固含量为65％～85％，粘度为2000～7000mpa.s，按照正常涂布方式用挤压式涂布机将浆料涂布在9μm铝箔上，完成涂布和辊压工序，正极片辊压后厚度为100μm；负极片按照量产工艺制备即可。