[发明专利]一种高功率锂离子电池正极片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体地说，涉及一种高功率锂离子电池正极片及其制备方法。

背景技术

随着科技的不断发展，以及人们对环境问题的不断重视，新能源汽车的推广已经在世界各国范围内展开。主流的新能源汽车大部分都是采用了锂离子电池作为供应电源，这不仅要求锂离子电池具有越来越高的能量密度，也要求具有越来越高的充放电倍率、循环寿命及更高的安全性能。

目前，提升锂离子电池能量密度的主要方式就是采用三元正极(NCM、NCA)搭配硅碳负极材料，这种体系尽管能量密度高，但是由于三元正极材料为层状结构，其充放电倍率性能较差，在高功率及快充电池方面应用比较薄弱。此外，三元正极材料的安全性能也比其他材料体系要差，在过充条件下，容易产生极化导致材料结构发生不可逆的变化及电解液的氧化分解，放出大量的热，导致电池内压、温度升高，存在爆炸、燃烧等不安全隐患。三元电池体系的这些缺陷一定程度上阻碍了新能源汽车的发展。为了解决三元锂离子电池体系的这些问题，人们通常采用在电解液中加入各种添加剂来提升电池的安全、倍率充放电性能，但改善效果有限。

有鉴于此特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种高功率锂离子电池正极片及其制备方法，集流体上具有一层由氮掺杂碳材料和锰酸锂混合的涂层，氮掺杂碳材料能够有效提升电池内部的电子电导和离子电导，而锰酸锂本身由于是尖晶石结构，具有较强的动力学性能，且能够在充放电过程中继续释放一定的锂离子来缓解因三元材料发生的一些不可逆结构变化导致的容量损失及安全问题，同时也提升了循环性能。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种高功率锂离子电池正极片，正极片由集流体、集流体外侧涂层、正极涂覆料组成，所述集流体外侧涂层包覆于集流体外周，所述正极涂覆料包覆在集流体外侧涂层外周，所述集流体为铝箔，所述集流体外侧涂层由粘合剂、锰酸锂、氮掺杂碳材料组成，所述正极涂覆料包括粘合剂、导电剂、三元正极材料。

进一步地，所述三元正极材料为镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂，亦或是锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂中的一种或任意组合。

进一步地，所述氮掺杂碳材料的基料为微孔碳、活性碳、生物碳、中孔炭、介孔碳、大孔碳、介孔微孔碳、大孔微孔碳、大孔介孔碳、大孔介孔微孔碳、石墨、石墨烯、纤维碳、碳黑、碳纳米管或乙炔黑。

进一步地，所述粘合剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、羟甲基纤维素钠、丁苯橡胶、明胶、海藻酸钠、LA132或环糊精。

进一步地，所述导电剂为乙炔黑、Super P、碳纤维、碳纳米管、科琴黑、石墨或石墨烯。

一种如上述的高功率锂离子电池正极片的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1，将质量比为1:0.01～1:0.01～1的锰酸锂、粘合剂、氮掺杂碳材料加入到分散剂中进行搅拌分散，得到固含量为50-80％的浆料；

步骤S2，将步骤S1中得到的浆料涂覆于集流体铝箔的两面上，每个面的涂覆厚度为2-10um，得到带锰酸锂/碳涂层的集流体；

步骤S3，使用三元正极材料、粘合剂、导电剂制备正极浆料，将正极浆料涂覆在带锰酸锂/碳涂层的集流体两面上，烘干、辊压后得到锂离子电池正极片。

进一步地，所述步骤S1中的氮掺杂碳材料的氮掺杂方式为原子掺杂，包括吡啶氮、吡咯氮、石墨氮，氮含量在改性碳材料中的质量分数为0.01％～20％。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

本发明提供的锂离子正极片，集流体上具有一层由氮掺杂碳材料和锰酸锂混合的涂层，氮掺杂碳材料能够有效提升电池内部的电子电导和离子电导，而锰酸锂本身由于是尖晶石结构，具有较强的动力学性能，且能够在充放电过程中继续释放一定的锂离子来缓解因三元材料发生的一些不可逆结构变化导致的容量损失及安全问题，同时也提升了循环性能。这两种材料构成的混合涂层，通过各自的优异性能，相辅相成，有效改善了三元电池体系的倍率、循环及安全性能。

本发明结构合理，实用性强，有利于设备推广应用。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本申请的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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他附图。在附图中：