正极片、电池及其制备方法与流程

文档序号:41526827发布日期:2025-04-07 22:54阅读:37来源:国知局

本发明属于分离电池领域,具体涉及一种正极片、电池及其制备方法。


背景技术:

1、锂离子电池由于其高能量密度、长寿命和良好的环境稳定性,已经成为移动电子设备、电动汽车和储能系统中不可或缺的能量存储方式。磷酸铁锂材料(lifepo4,简称lfp)由于其优良的安全性和循环稳定性以及低廉的成本,成为了锂离子电池正极材料的优选。然而,传统的lfp材料在低温性能和快充方面还存在较大的瓶颈,这限制了其在快速充电以及低温环境中的广泛应用。

2、现有的解决方案主要是通过优化电极材料的微观结构和组成来提高lfp材料的快充性能,例如,通过减小lfp颗粒的尺寸,增加比表面积,从而提高锂离子在电极中的扩散速度,进而提高充电速度;通过在lfp颗粒表面包覆一层导电材料,如碳或石墨烯,来提高电极的导电性,从而改善快充性能。在电解液方面,现有的解决方案主要是采用含有高介电常数溶剂(如ec,emc)的电解液,以提高电解液的离子导电性。此外,一些研究还尝试在电解液中添加一些添加剂,如vc(碳酸乙烯酯)、fec(氟代碳酸乙烯酯)等,以提高电解液的稳定性和界面性能。

3、尽管现有的解决方案在一定程度上改善了lfp材料的快充性能,但仍存在一些问题和挑战。首先,减小lfp颗粒尺寸虽然可以提高离子扩散速度,但同时也增加了颗粒之间的团聚现象,这会导致电极的导电性下降,从而影响电池的整体性能。其次,虽然表面包覆可以提高电极的导电性,但包覆层材料的导电性和稳定性仍然有限,特别是在高温或低温环境下,包覆层的性能可能会显著下降。在电解液方面,虽然高介电常数溶剂可以提高离子导电性,但同时也增加了电解液的粘度,这会导致离子扩散速度下降。


技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的缺点,提供一种正极片、电池及其制备方法。

2、为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:

3、一种正极片,包括正极集流体以及设置在在所述的正极集流体两侧的正极活性物质层;所述的正极活性物质层包括正极活性材料、富锂化合物、正极导电剂、正极粘结剂以及正极分散剂。

4、所述的正极活性材料、富锂化合物、正极导电剂、正极粘结剂以及正极分散剂的质量比为(96~96.5):(0.2~0.5):(1~2):(1.5~2.5):(0.1~0.2);优选为96.1:0.3:1.2:2.2:0.2。

5、所述的正极活性材料为磷酸铁锂,d50=0.5~1.05μm,比表面积=10~12.5m2/g,粉末压实密度为≥2.55g/cm3;

6、优选的,所述的富锂化合物为铁酸锂,其分子式为li5feo4;

7、优选的,所述正极粘结剂为聚偏氟乙烯pvdf;

8、优选的,所述正极分散剂为酯类高分子聚合物;优选为聚羧酸聚醚酯;

9、优选的,所述的正极集流体为铝集流体;

10、优选的,所述的正极导电剂为碳纳米管、导电炭黑中一种或者混合;优选为碳纳米管与导电炭黑的混合物;二者的质量比为(0.3~0.8):(0.8~1.2),更优选为0.4:0.8

11、本发明还包括一种所述的正极片的制备方法,包括下述步骤:1)将正极活性材料、富锂化合物、正极导电剂,正极粘结剂和正极分散剂加入溶剂nmp中搅拌均匀,调整浆料粘度以及固含量,最终得到粘度为4000~12000cp,固含量为60~65%的浆料;2)将步骤1)得到的浆料均匀涂布在集流体上并烘干,碾压分切后得到所述的正极片。

12、本发明还包括一种电池,其特征在于,包括所述的正极片、负极片以及电解液。

13、所述的负极片包括负极集流体以及负极活性物质层;

14、优选的,所述的负极活性物质层包括人造石墨、负极导电剂,负极粘结剂和负极增塑剂;

15、人造石墨、负极导电剂,负极粘结剂和负极增塑剂的质量比为(96.4~97):(0.8~1):(2~2.6):(0.4~1);优选为96.4:1:2.6:0.5;

16、优选的,所述人造石墨材料由单颗粒碳化品和二次颗粒与一次颗粒混掺的石墨化品混合组成,其中碳化品比例不低于50%;优选碳化品和石墨化品的比例为(5~6):(4~5);更优选为6:4;

17、所述负极粘结剂包含cmc,sbr和paa-li,其中cmc在负极活性物质层中的质量比例在0.6%~1%,优选为0.6%;sbr质量比例在0.8%~1%,优选为0.7%;paa-li的质量比例在0.9%~1.5%;优选为1.3%;

18、优选的,所述负极增塑剂为醇类溶剂,为单一醇或者复合醇;

19、优选的,所述的负极导电剂为导电炭黑。

20、所述的负极片通过如下方法制得:1)将人造石墨材料、负极导电剂,负极粘结剂加入溶剂水中搅拌均匀;逐步加水调整浆料粘度和固含量,最终得到粘度在3000~8500cp、固含量为50%-55%的浆料;2)将步骤1)得到的浆料均匀涂布在负极集流体上并烘干,碾压分切后得到所述的负极片。

21、所述的电解液包括溶剂、电解质和添加剂;所述溶剂包括质量比为1.2:1:1.8的碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、乙酸乙酯;电解质的摩尔浓度为0.8~1.2mo l/l;所述电解质包括质量比为6:1的六氟磷酸锂li pf6和双氟磺酰亚胺锂li fs i,所述添加剂包含在电解液中占比3.5%的vc以及0.5%的fec。

22、所述的电池,能量密度达到188wh/kg,-20℃的低温可用能量达到80%,最高支持3c快充,快充循环800次容量保持率在93%以上。

23、本发明还包括一种所述的电池的制备方法,包括下述步骤:采用所述的正极片和负极片一起,使用隔膜,搭配所述的电解液,组装成电池;优选的,所述的电池为方型铝壳电池。

24、与现有技术相比,本发明的有益效果是:

25、本申请的实施方案通过富锂化合物的应用来提升循环寿命,降低阻抗,并通过正极分散剂的应用来改善匀浆效果;作为其中的优选形式,负极片通过碳化品和石墨化品的复配,同时实现快充和低成本;低密度、快充型的电解液,提高电池的能量密度和快充性能;并提供一种使用上述正极片、负极片和电解液的低温性能好、快充型的锂离子电池,可以实现3c快充,且具有较高的安全性能。



技术特征:

1.一种正极片,其特征在于,包括正极集流体以及设置在在所述的正极集流体两侧的正极活性物质层;所述的正极活性物质层包括正极活性材料、富锂化合物、正极导电剂、正极粘结剂以及正极分散剂。

2.根据权利要求1所述的正极片,其特征在于,所述的正极活性材料、富锂化合物、正极导电剂、正极粘结剂以及正极分散剂的质量比为(96~96.5):(0.2~0.5):(1~2):(1.5~2.5):(0.1~0.2);优选为96.1:0.3:1.2:2.2:0.2。

3.根据权利要求1所述的正极片,其特征在于,所述的正极活性材料为磷酸铁锂,d50=0.5~1.05μm,比表面积=10~12.5m2/g,粉末压实密度为≥2.55g/cm3;

4.一种权利要求1-3任一项所述的正极片的制备方法,其特征在于,包括下述步骤:1)将正极活性材料、富锂化合物、正极导电剂,正极粘结剂和正极分散剂加入溶剂nmp中搅拌均匀,调整浆料粘度以及固含量,最终得到粘度为4000~12000cp,固含量为60~65%的浆料;2)将步骤1)得到的浆料均匀涂布在集流体上并烘干,碾压分切后得到所述的正极片。

5.一种电池,其特征在于,包括权利要求1-3任一项所述的正极片、负极片以及电解液。

6.根据权利要求5所述的电池,其特征在于,所述的负极片包括负极集流体以及负极活性物质层;

7.根据权利要求6所述的电池,其特征在于,所述的负极片通过如下方法制得:1)将人造石墨材料、负极导电剂,负极粘结剂加入溶剂水中搅拌均匀;逐步加水调整浆料粘度和固含量,最终得到粘度在3000~8500cp、固含量为50~55%的浆料;2)将步骤1)得到的浆料均匀涂布在负极集流体上并烘干,碾压分切后得到所述的负极片。

8.根据权利要求5所述的电池,其特征在于,所述的电解液包括溶剂、电解质和添加剂;所述溶剂包括质量比为1.2:1:1.8的碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、乙酸乙酯;电解质的摩尔浓度为0.8~1.2mol/l;所述电解质包括质量比为6:1的六氟磷酸锂lipf6和双氟磺酰亚胺锂lifsi,所述添加剂包含在电解液中占比3.5%的vc以及0.5%的fec。

9.根据权利要求5所述的电池,其特征在于,能量密度达到188wh/kg,-20℃的低温可用能量达到80%,最高支持3c快充,快充循环800次容量保持率在93%以上。

10.一种权利要求5-8任一项所述的电池的制备方法,其特征在于,包括下述步骤:采用所述的正极片和负极片一起,使用隔膜,搭配所述的电解液,组装成电池;优选的,所述的电池为方型铝壳电池。


技术总结
本发明属于锂离子电池领域,具体涉及一种正极片、电池及其制备方法。正极片包括正极集流体以及设置在在所述的正极集流体两侧的正极活性物质层;所述的正极活性物质层包括正极活性材料、富锂化合物、正极导电剂、正极粘结剂以及正极分散剂。本申请的实施方案通过富锂化合物的应用来提升循环寿命,降低阻抗,并通过正极分散剂的应用来改善匀浆效果。

技术研发人员:秦红莲,陈冲,孔祎,陈超
受保护的技术使用者:天津力神新能源科技有限公司
技术研发日:
技术公布日:2025/4/6
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