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CN111613769A - 正电极及其制备方法和应用 - Google Patents

正电极及其制备方法和应用 Download PDF

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CN111613769A
CN111613769A CN202010633711.8A CN202010633711A CN111613769A CN 111613769 A CN111613769 A CN 111613769A CN 202010633711 A CN202010633711 A CN 202010633711A CN 111613769 A CN111613769 A CN 111613769A
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conductive
binder
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张健
余金飞
阴济光
王化东
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Svolt Energy Technology Co Ltd
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Abstract

本发明涉及动力锂离子电池正极材料技术领域,公开了一种正电极及其制备方法和应用。所述正电极包括集流体以及在所述集流体两侧分别依次涂覆的至少2层涂层和设置于相邻所述涂层之间的导电层,其中,所述涂层含有正极活性材料、第一导电剂、可选的第二导电剂和粘结剂,且所述正极活性材料、第一导电剂、第二导电剂和粘结剂的重量比为(85‑97):(0.5‑5):(0‑5):(1‑5);其中,沿远离所述集流体的方向:相邻所述涂层中,所述第一导电剂和第二导电剂的总含量依次递减,递减量不小于导电剂总量的10%;或者,相邻所述涂层的压实密度依次递减,递减量不小于2%。该正电极可以改善涂层间的粘接力和导电性,提高电子传输效率,降低电极和电池的内阻,减少电池产热,进一步降低电池的成本。

Description

正电极及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及动力锂离子电池正极材料技术领域,具体涉及一种正电极及其制备方法和应用。
背景技术
动力电池正极材料体系主要有三元体系、锰酸锂体系和磷酸铁锂体系。其中,三元体系具备较高的能量密度,因此在动力电池中的应用最为广泛。然而在三元体系的动力电池中,正极材料成本占据了电池总成本的30%-45%,远高于锰酸锂体系和磷酸铁锂体系,其中一个重要原因是三元体系中的钴资源稀缺。如果能在三元体系中降低钴的含量或者使用无钴材料,将会对降低电池成本起到积极作用。但是三元材料中钴的存在可以增强材料的导电性;如果将三元材料中的钴去除,三元材料的导电性将下降,会引发电池内阻增加、产热增加等负面作用。
CN107068972A公开了一种快速充电的三元材料正极极片及其锂离子电池,所述正极极片呈现层状结构,基层为网状铝箔集流体,由内向外依次是,第一层为三元材料复合层,第二层为补锂层,最外层为炭层,其厚度比为:基层:第一层:第二层:最外层=(10~30):(100~200):(5~10):(1~5),其通过对正极极片进行补锂,制备出一种倍率性能好、循环性能好及其能量密度高的三元正极极片。
CN107394109A公开了一种电极涂布方法及采用该涂布方法制作的电极,其通过分别制备至少2种活性浆料,然后将至少2种活性浆料分别涂布到同一个集流体上,干燥,得到具有至少2层活性浆料层的电极,该方法简单,无需进行材料共混及特定工艺的配合混浆。
但是,在实际应用中,仍存在导电性较差、电阻过大、产热过多的缺点。正电极需要具备良好的导电性以提高其电子传输效率,从而保证其具有较小的内阻和较低的产热。因此,在保证电池的能量密度不降低的同时,研发一种可不含钴的且导电性高的正电极具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是为了解决当三元材料的导电性下降时,引发的电池内阻增加、产热增加的问题,提供一种正电极及其制备方法和应用。该正电极具有多层结构,其中,多层涂层含有含量不同的导电剂,并含有导电层。
为了实现上述目的,本发明第一方面提供了一种正电极,包括集流体以及在所述集流体两侧分别依次涂覆的至少2层涂层和设置于相邻所述涂层之间的导电层;
其中,所述涂层含有正极活性材料、第一导电剂、可选的第二导电剂和粘结剂,且所述正极活性材料、第一导电剂、第二导电剂和粘结剂的重量比为(85-97):(0.5-5):(0-5):(1-5);
其中,沿远离所述集流体的方向:相邻所述涂层中,所述第一导电剂和第二导电剂的总含量依次递减,递减量不小于导电剂总量的10%;或者,
相邻所述涂层的压实密度依次递减,递减量不小于2%。
本发明第二方面提供了一种所述的正电极的制备方法,包括如下步骤:
(1)将正极活性材料、第一导电剂、可选的第二导电剂和粘结剂按照(85-97):(0.5-5):(0-5):(1-5)的重量比在氮甲基吡咯烷酮溶剂中混合均匀,制备成至少2种含有不同的导电剂总含量的涂层浆料;
(2)将第一导电剂、可选的第二导电剂和粘结剂按照(10-95):(0-70):(3-15)的重量比在氮甲基吡咯烷酮溶剂中混合均匀,制备成导电层浆料;
(3)将所述涂层浆料和所述导电层浆料在集流体的两侧分别交替涂覆,再经干燥和热辊压,得到所述正电极;
其中,沿远离所述集流体的方向:在依次涂覆的所述涂层浆料中,导电剂总含量递减,递减量不小于导电剂总量的10%;或者,
所述涂层浆料所形成的涂层的压实密度递减,递减量不小于2%。
本发明第三方面提供了一种所述的正电极在锂离子电池中的应用。
通过上述技术方案,本发明提供的正电极所含有的多层结构具有如下优势:
(1)本发明根据电极厚度方向电流密度的不同,设计沿电极厚度方向导电性呈梯度分布的涂层,使电极在厚度方向上的导电性与电流密度更好的匹配,降低了电极和电池的内阻,减少了电池产热;
(2)本发明在相邻涂层之间设置导电层,改善了涂层间的粘接力和导电性,有效提高了电子传输效率;
(3)本发明的正电极的制备方法简单、且可使用无钴材料,原料相对廉价,有利于降低电池的成本,促进工业化生产和大规模应用。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细描述。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值,这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说,各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间,以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围,这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
如前所述,本发明第一方面提供了一种正电极,其中,所述正电极包括集流体以及在所述集流体两侧分别依次涂覆的至少2层涂层和设置于相邻所述涂层之间的导电层;
其中,所述涂层含有正极活性材料、第一导电剂、可选的第二导电剂和粘结剂,且所述正极活性材料、第一导电剂、第二导电剂和粘结剂的重量比为(85-97):(0.5-5):(0-5):(1-5);
其中,沿远离所述集流体的方向:相邻所述涂层中,所述第一导电剂和第二导电剂的总含量依次递减,递减量不小于导电剂总量的10%;或者,
相邻所述涂层的压实密度依次递减,递减量不小于2%。
本发明中,“沿远离所述集流体的方向:相邻所述涂层中,所述第一导电剂和第二导电剂的总含量依次递减,递减量不小于导电剂总量的10%”是指:相邻涂层中,远离所述集流体的涂层中第一导电剂和第二导电剂的总含量为b重量%,靠近所述集流体的涂层中第一导电剂和第二导电剂的总含量为a重量%时,递减量满足[(a重量%-b重量%)/a重量%]×100%不小于10%。“相邻所述涂层的压实密度依次递减,递减量不小于2%”是指:相邻涂层中,远离所述集流体的涂层的压实密度为ρ2,靠近所述集流体的涂层的压实密度为ρ1时,压实密度的递减量满足[(ρ1-ρ2)/ρ1]×100%不小于2%。涂层间导电剂含量的变化或压实密度的变化对于本发明的正电极的导电性具有重要影响,靠近集流体处电流密度大,此处设置导电性较高的涂层,则能够使电子快速传递到电极表面,同时还能降低产热;电极表面处电流密度小,此处设置导电性稍低的涂层,涂层中还可适当增加活性物质的含量,降低导电剂的含量。通过该种方式,既能提高电子传输效率,降低电极和电池的内阻,又能保证电极上活性物质的含量,保证电池的能量密度不降低;更进一步,相邻所述涂层之间设置导电层,能够有效改善涂层间的粘接力和导电性,从而提高电子传输效率。
在本发明的一些具体实施方式中,所述导电层含有第一导电剂、可选的第二导电剂和粘结剂,且所述第一导电剂、第二导电剂和粘结剂的重量比为(10-95):(0-70):(3-15)。第一导电剂为点与点接触,第二导电剂为线与点接触或面与点接触,通过使用混合导电剂可以构建立体导电网络,提高电子导电率。
在本发明的一些具体实施方式中,基于所述涂层和所述导电层的总量,所述第一导电剂和第二导电剂的总含量为0.5-10wt%,优选为1.5-5wt%;所述正极活性材料的总含量为85-97wt%,优选为91-96wt%;所述粘结剂的总含量为1-5wt%,优选为1.5-4wt%。为了保证电池的能量密度及电性能要求,设定了各物料的比例。
在本发明的一些具体实施方式中,所述正极活性材料选自镍锰二元材料、镍钴锰三元材料、镍钴锰铝四元材料、磷酸铁锂、锰酸锂和富锂锰材料中的至少一种,优选为钴含量为0.3wt%以下的正极活性材料,更优选为钴含量为0wt%的正极活性材料,进一步优选所述正极活性材料为镍锰二元材料;
在本发明的一些具体实施方式中,优选情况下,所述第一导电剂选自导电炭黑、乙炔黑、科琴黑中的一种或多种,优选为导电炭黑;
在本发明的一些具体实施方式中,优选情况下,所述第二导电剂选自碳纳米管、石墨烯、气相生长碳纤维的一种或多种,优选为碳纳米管;
在本发明的一些具体实施方式中,优选情况下,所述粘结剂选自聚偏氟乙烯和聚四氟乙烯的一种或两种,优选为聚偏氟乙烯。
在本发明的一些具体实施方式中,导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纳米管、石墨烯、气相生长碳纤维都可以通过商购获得,例如,导电炭黑购自上海汇平,型号为Super P。
在本发明的一些具体实施方式中,所述涂层的厚度为30-300μm,优选为80-150μm;所述涂层的压实密度为3-4g/cm3,优选为3.3-3.6g/cm3;所述导电层的厚度为0.1-5μm,优选为1-2μm。所述涂层的厚度和压实密度以及所述导电层的厚度限定为前述所说的范围之内,能够使得本发明满足电性能的要求。
本发明第二方面提供了一种如前所述的正电极的制备方法,其中,所述方法包括如下步骤:
(1)将正极活性材料、第一导电剂、可选的第二导电剂和粘结剂按照(85-97):(0.5-5):(0-5):(1-5)的重量比在氮甲基吡咯烷酮溶剂中混合均匀,制备成至少2种含有不同的导电剂总含量的涂层浆料;
(2)将第一导电剂、可选的第二导电剂和粘结剂按照(10-95):(0-70):(3-15)的重量比在氮甲基吡咯烷酮溶剂中混合均匀,制备成导电层浆料;
(3)将所述涂层浆料和所述导电层浆料在集流体的两侧分别交替涂覆,再经干燥和热辊压,得到所述正电极;
其中,沿远离所述集流体的方向:在依次涂覆的所述涂层浆料中,导电剂总含量递减,递减量不小于导电剂总量的10%;或者,
所述涂层浆料所形成的涂层的压实密度递减,递减量不小于2%。
本发明中,“沿远离所述集流体的方向:在依次涂覆的所述涂层浆料中,导电剂总含量递减,递减量不小于导电剂总量的10%”是指:在依次涂覆的所述涂层浆料中,远离所述集流体的涂层浆料中第一导电剂和第二导电剂的总含量为b重量%,靠近所述集流体的涂层浆料中第一导电剂和第二导电剂的总含量为a重量%时,递减量满足[(a重量%-b重量%)/a重量%]×100%不小于10%。“所述涂层浆料所形成的涂层的压实密度递减,递减量不小于2%”是指:相邻涂层中,远离所述集流体的涂层的压实密度为ρ2,靠近所述集流体的涂层的压实密度为ρ1时,压实密度的递减量满足[(ρ1-ρ2)/ρ1]×100%不小于2%。
在本发明的一些具体实施方式中,在步骤(1)中,所述正极活性材料、所述第一导电剂、所述第二导电剂和所述粘结剂的总重量与所述氮甲基吡咯烷酮溶剂的重量比为1:(0.25-1),优选为1:(0.35-0.65)。
在本发明的一些具体实施方式中,在步骤(2)中,所述第一导电剂、所述第二导电剂和所述粘结剂的总重量与所述氮甲基吡咯烷酮溶剂的重量比为1:(4-35),优选为1:(9-19)。
在本发明的一些具体实施方式中,基于所述涂层浆料和导电层浆料的总量,所述第一导电剂和第二导电剂的总含量为0.5-10wt%,优选为1.5-5wt%;所述正极活性材料的总含量为85-97wt%,优选为91-96wt%;所述粘结剂的总含量为1-5wt%,优选为1.5-4wt%。
在本发明的一些具体实施方式中,在步骤(3)中,所述涂层的厚度为30-300μm,优选为80-150μm;所述涂层的压实密度为3-4g/cm3,优选为3.3-3.6g/cm3;所述导电层的厚度为0.1-5μm,优选为1-2μm。
在本发明的一些具体实施方式中,在步骤(3)中,所述干燥没有具体限定,可以在温度为80-180℃的条件下进行。
在本发明的一些具体实施方式中,步骤(3)包括:在集流体两侧沿远离所述集流体的方向,分别依次涂覆前涂层浆料、导电层浆料、后涂层浆料,然后重复交替涂覆导电层浆料和后涂层浆料,干燥并在所述后涂层浆料上实施所述热辊压;所述热辊压的温度为90-150℃。在本发明中,使用热辊压的目的是导电层在高温下软化,同时在压力下可以渗入所述相邻涂层中,起到改善所述相邻涂层间界面的作用,同时导电层中有导电剂的存在也可以改善界面的导电性。
本发明第三方面提供了一种所述的正电极在锂离子电池中的应用。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例和对比例中:
(1)涂层压实密度的测定:
涂层压实密度通过称取极片重量,测量极片厚度,用极片重量除以极片厚度的方法测得;
(2)电极电阻率的测定:
极片电阻率通过四探针电阻测试仪测得;
(3)电池直流阻抗的测定:
电池直流阻抗通过直流内阻测试仪测得,步骤如下:
调整电池电量至50%SOC,在直流内阻测试仪上设定放电电流为300A,放电时间为10s,即可测得电池的直流阻抗。
实施例1
(1)将Li(Ni0.65Mn0.35)O2、导电炭黑、碳纳米管和聚偏氟乙烯按照90:2.5:2.5:5的重量比,在氮甲基吡咯烷酮溶剂中混合均匀,得到涂层浆料1,其中,涂层浆料1中,Li(Ni0.65Mn0.35)O2、导电炭黑、碳纳米管和聚偏氟乙烯的总重量与氮甲基吡咯烷酮溶剂的重量比为1:0.65;
(2)将Li(Ni0.65Mn0.35)O2、导电炭黑、碳纳米管和聚偏氟乙烯按照92:2.5:2:3.5的重量比,在氮甲基吡咯烷酮溶剂中混合均匀,得到涂层浆料2,其中,涂层浆料2中,Li(Ni0.65Mn0.35)O2、导电炭黑、碳纳米管和聚偏氟乙烯的总重量与氮甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂的重量比为1:0.65;
(3)将导电炭黑、碳纳米管和聚偏氟乙烯按照90:5:5的重量比,在氮甲基吡咯烷酮溶剂中混合均匀,得到导电层浆料,其中,导电层浆料中,导电炭黑、碳纳米管和聚偏氟乙烯的总重量与氮甲基吡咯烷酮溶剂的重量比为1:19;
基于所述涂层浆料和导电层浆料的总量,导电炭黑和碳纳米管的总含量为5wt%;Li(Ni0.65Mn0.35)O2的总含量为91wt%;聚偏氟乙烯的总含量为4wt%;
(4)将步骤(1)制得的涂层浆料1均匀涂覆在铝箔集流体的两侧,干燥并辊压,得到涂层1,涂层1的厚度为40μm,导电剂含量为5重量%,压实密度为3.6g/cm3
(5)将步骤(3)制得的导电层浆料均匀涂覆于步骤(4)制得的涂层1上,干燥后导电层的厚度为1μm,继续在其上涂覆步骤(2)制备的涂层浆料2,干燥并热辊压,热辊压的温度为90℃,得到涂层2,涂层2的厚度为40μm,导电剂含量为4.5重量%,压实密度为3.45g/cm3
涂层中导电剂含量的递减量为10%,压实密度的递减量为4%。
结果得到本实施例1制备的正电极标记为S1。
实施例2
(1)将Li(Ni0.7Mn0.3)O2、导电炭黑、碳纳米管和聚偏氟乙烯按照95.5:1.5:1.2:1.8的重量比,在氮甲基吡咯烷酮溶剂中混合均匀,得到涂层浆料1,其中,涂层浆料1中,Li(Ni0.7Mn0.3)O2、导电炭黑、碳纳米管和聚偏氟乙烯的总重量与氮甲基吡咯烷酮溶剂的重量比为1:0.35;
(2)将Li(Ni0.7Mn0.3)O2、导电炭黑、碳纳米管和聚偏氟乙烯按照96.5:1.3:1:1.2的重量比,在氮甲基吡咯烷酮溶剂中混合均匀,得到涂层浆料2,其中,涂层浆料2中,Li(Ni0.7Mn0.3)O2、导电炭黑、碳纳米管和聚偏氟乙烯的总重量与氮甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂的重量比为1:0.35;
(3)将导电炭黑、碳纳米管和聚偏氟乙烯按照30:55:15的重量比,在氮甲基吡咯烷酮溶剂中混合均匀,得到导电层浆料,其中,导电层浆料中,导电炭黑、碳纳米管和聚偏氟乙烯的总重量与氮甲基吡咯烷酮溶剂的重量比为1:9;
基于涂层浆料和导电层浆料的总量,导电炭黑和碳纳米管的总含量为2.5wt%;Li(Ni0.7Mn0.3)O2的总含量为96wt%;聚偏氟乙烯的总含量为1.5wt%;
(4)将步骤(1)制得的涂层浆料1均匀涂覆在铝箔集流体的两侧,干燥并辊压,得到涂层1,涂层1的厚度为75μm,导电剂含量为2.7重量%,压实密度为3.55g/cm3
(5)将步骤(3)制得的导电层浆料均匀涂覆于步骤(4)制得的涂层1上,干燥后导电层的厚度为2μm,继续在其上涂覆步骤(2)制备的涂层浆料2,干燥并热辊压,热辊压的温度为150℃,得到涂层2,涂层2的厚度为75μm,导电剂含量为2.3重量%,压实密度为3.3g/cm3
涂层中导电剂含量的递减量为15%,压实密度的递减量为7%。
结果得到本实施例2制备的正电极标记为S2。
实施例3
(1)将Li(Ni0.65Mn0.35)O2、导电炭黑、碳纳米管和聚偏氟乙烯按照94:1.5:1.5:3的重量比,在氮甲基吡咯烷酮溶剂中混合均匀,得到涂层浆料1,其中,涂层浆料1中,Li(Ni0.65Mn0.35)O2、导电炭黑、碳纳米管和聚偏氟乙烯的总重量与氮甲基吡咯烷酮溶剂的重量比为1:0.45;
(2)将Li(Ni0.65Mn0.35)O2、导电炭黑、碳纳米管和聚偏氟乙烯按照96:1.2:1.2:1.6的重量比,在氮甲基吡咯烷酮溶剂中混合均匀,得到涂层浆料2,其中,涂层浆料2中,Li(Ni0.65Mn0.35)O2、导电炭黑、碳纳米管和聚偏氟乙烯的总重量与氮甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂的重量比为1:0.55;
(3)将导电炭黑、碳纳米管和聚偏氟乙烯按照60:30:10的重量比,在氮甲基吡咯烷酮溶剂中混合均匀,得到导电层浆料,其中,导电层浆料中,导电炭黑、碳纳米管和聚偏氟乙烯的总重量与氮甲基吡咯烷酮溶剂的重量比为1:19;
基于涂层浆料和导电层浆料的总量,导电炭黑和碳纳米管的总含量为3.5wt%;Li(Ni0.65Mn0.35)O2的总含量为95wt%;聚偏氟乙烯的总含量为1.5wt%;
(4)将步骤(1)制得的涂层浆料1均匀涂覆在铝箔集流体的两侧,干燥并辊压,得到涂层1,涂层1的厚度为50μm,导电剂含量为3重量%,压实密度为3.5g/cm3
(5)将步骤(3)制得的导电层浆料均匀涂覆于步骤(4)制得的涂层1上,干燥后导电层的厚度为1.5μm,继续在其上涂覆步骤(2)制备的涂层浆料2,干燥并热辊压,热辊压的温度为120℃,得到涂层2,涂层2的厚度为70μm,导电剂含量为2.4重量%,压实密度为3.4g/cm3
涂层中导电剂含量的递减量为20%,压实密度的递减量为3%。
结果得到本实施例3制备的正电极标记为S3。
实施例4
(1)将Li(Ni0.65Mn0.35)O2、导电炭黑、碳纳米管和聚偏氟乙烯按照85:5:5:5的重量比,在氮甲基吡咯烷酮溶剂中混合均匀,得到涂层浆料1,其中,涂层浆料1中,Li(Ni0.65Mn0.35)O2、导电炭黑、碳纳米管和聚偏氟乙烯的总重量与氮甲基吡咯烷酮溶剂的重量比为1:0.6;
(2)将Li(Ni0.65Mn0.35)O2、导电炭黑、碳纳米管和聚偏氟乙烯按照95:1.5:1.5:2的重量比,在氮甲基吡咯烷酮溶剂中混合均匀,得到涂层浆料2,其中,涂层浆料2中,Li(Ni0.65Mn0.35)O2、导电炭黑、碳纳米管和聚偏氟乙烯的总重量与氮甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂的重量比为1:0.4;
(3)将导电炭黑、碳纳米管和聚偏氟乙烯按照60:25:15的重量比,在氮甲基吡咯烷酮溶剂中混合均匀,得到导电层浆料,其中,导电层浆料中,导电炭黑、碳纳米管和聚偏氟乙烯的总重量与氮甲基吡咯烷酮溶剂的重量比为1:19;
基于涂层浆料和导电层浆料的总量,导电炭黑和碳纳米管的总含量为7wt%;Li(Ni0.65Mn0.35)O2的总含量为90wt%;聚偏氟乙烯的总含量为3wt%;
(4)将步骤(1)制得的涂层浆料1均匀涂覆在铝箔集流体的两侧,干燥并辊压,得到涂层1,涂层1的厚度为70μm,导电剂含量为10重量%,压实密度为3.7g/cm3
(5)将步骤(3)制得的导电层浆料均匀涂覆于步骤(4)制得的涂层1上,干燥后导电层的厚度为3μm,继续在其上涂覆步骤(2)制备的涂层浆料2,干燥并热辊压,热辊压的温度为130℃,得到涂层2,涂层2的厚度为100μm,导电剂含量为3重量%,压实密度为3.2g/cm3
涂层中导电剂含量的递减量为70%,压实密度的递减量为14%。
结果得到本实施例4制备的正电极标记为S4。
对比例1
(1)将Li(Ni0.65Mn0.35)O2、导电炭黑、碳纳米管和聚偏氟乙烯按照96:1.7:0.8:1.5的重量比,在氮甲基吡咯烷酮溶剂中混合均匀,得到涂层浆料,其中,涂层浆料中,Li(Ni0.65Mn0.35)O2、导电炭黑、碳纳米管和聚偏氟乙烯的总重量与氮甲基吡咯烷酮溶剂的重量比为1:0.4;
(2)将步骤(1)制得的浆料均匀涂覆在铝箔集流体的两侧,干燥并辊压,得到涂层,涂层的厚度为130μm,压实密度为3.45g/cm3
结果得到本对比例1制备的正电极标记为D1。
将正电极S1至S4和D1进行电极电阻率和电池直流阻抗测定,结果见表1。
表1
Figure BDA0002566944180000121
Figure BDA0002566944180000131
通过实施例、对比例和表1的结果可以看出,相对于现有技术,实施例1-4采用本发明的方法制得正电极,含有多层涂层,且涂层间有导电剂含量变化或压实密度变化。相比对比例,实施例1-4制得的正电极和进一步得到的电池具有更低的电极电阻率和更低的电池直流阻抗。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合,这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容,均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种正电极,其特征在于,所述正电极包括:集流体以及在所述集流体两侧分别依次涂覆的至少2层涂层和设置于相邻所述涂层之间的导电层;
其中,所述涂层含有正极活性材料、第一导电剂、可选的第二导电剂和粘结剂,且所述正极活性材料、第一导电剂、第二导电剂和粘结剂的重量比为(85-97):(0.5-5):(0-5):(1-5);
其中,沿远离所述集流体的方向:相邻所述涂层中,所述第一导电剂和第二导电剂的总含量依次递减,递减量不小于导电剂总量的10%;或者,
相邻所述涂层的压实密度依次递减,递减量不小于2%。
2.根据权利要求1所述的正电极,其中,所述导电层含有第一导电剂、可选的第二导电剂和粘结剂,且所述第一导电剂、第二导电剂和粘结剂的重量比为(10-95):(0-70):(3-15)。
3.根据权利要求1或2所述的正电极,其中,基于所述涂层和所述导电层的总量,所述正极活性材料的总含量为85-97wt%,优选为91-96wt%;所述第一导电剂和第二导电剂的总含量为0.5-10wt%,优选为1.5-5wt%;所述粘结剂的总含量为1-5wt%,优选为1.5-4wt%。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的正电极,其中,所述正极活性材料选自镍锰二元材料、镍钴锰三元材料、镍钴锰铝四元材料、磷酸铁锂、锰酸锂和富锂锰材料中的至少一种,优选为钴含量为0.3wt%以下的正极活性材料,更优选为钴含量为0wt%的正极活性材料,进一步优选所述正极活性材料为镍锰二元材料;
优选地,所述第一导电剂选自导电炭黑、乙炔黑、科琴黑中的一种或多种,优选为导电炭黑;
优选地,所述第二导电剂选自碳纳米管、石墨烯、气相生长碳纤维的一种或多种,优选为碳纳米管;
优选地,所述粘结剂选自聚偏氟乙烯和聚四氟乙烯的一种或两种,优选为聚偏氟乙烯。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的正电极,其中,所述涂层的厚度为30-300μm,优选为80-150μm;所述涂层的压实密度为3-4g/cm3,优选为3.3-3.6g/cm3;所述导电层的厚度为0.1-5μm,优选为1-2μm。
6.一种正电极的制备方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
(1)将正极活性材料、第一导电剂、可选的第二导电剂和粘结剂按照(85-97):(0.5-5):(0-5):(1-5)的重量比在氮甲基吡咯烷酮溶剂中混合均匀,制备成至少2种含有不同的导电剂总含量的涂层浆料;
(2)将第一导电剂、可选的第二导电剂和粘结剂按照(10-95):(0-70):(3-15)的重量比在氮甲基吡咯烷酮溶剂中混合均匀,制备成导电层浆料;
(3)将所述涂层浆料和所述导电层浆料在集流体的两侧分别交替涂覆,再经干燥和热辊压,得到所述正电极;
其中,沿远离所述集流体的方向:在依次涂覆的所述涂层浆料中,导电剂总含量递减,递减量不小于导电剂总量的10%;或者,
所述涂层浆料所形成的涂层的压实密度递减,递减量不小于2%。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其中,基于所述涂层浆料和导电层浆料的总量,所述正极活性材料的总含量为85-97wt%,优选为91-96wt%;所述第一导电剂和第二导电剂的总含量为0.5-10wt%,优选为1.5-5wt%;所述粘结剂的总含量为1-5wt%,优选为1.5-4wt%。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法,其中,步骤(3)中,所述涂层的厚度为30-300μm,优选为80-150μm;所述涂层的压实密度为3-4g/cm3,优选为3.3-3.6g/cm3;所述导电层的厚度为0.1-5μm,优选为1-2μm。
9.根据权利要求6-8中任意一项所述的制备方法,其中,步骤(3)包括:在集流体两侧沿远离所述集流体的方向,分别依次涂覆前涂层浆料、导电层浆料、后涂层浆料,然后重复交替涂覆导电层浆料和后涂层浆料,干燥并在所述后涂层浆料上实施所述热辊压;所述热辊压的温度为90-150℃。
10.一种权利要求1-5中任意一项所述的正电极在锂离子电池中的应用。
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