[发明专利]一种高镍正极极片、其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种高镍正极极片、其制备方法和应用。本发明的高镍正极极片在厚度方向上依次包含第一低镍层、第一高镍层、铝箔、第二高镍层和第二低镍层，所述高镍层和所述低镍层均包含正极材料、粘结剂和导电剂，所述高镍层中的正极材料的镍含量高于所述低镍层中的正极材料的镍含量，所述低镍层的粘结剂含量是所述高镍层的粘结剂含量的1.5‑3倍。本发明的高镍正极极片中的正极材料不易受到游离酸破坏且不易发生粉化，具有提高的循环寿命。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料领域，具体涉及高镍正极极片、其制备方法和应用。

背景技术

目前，为了提高新能源汽车的续航里程，动力电池使用方面通常采用高能量密度的锂离子电池。高能量密度锂离子电池正极一般采用高镍正极材料。常见的高镍正极材料有三元镍钴锰材料LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂(0x1，0y1，0x+y≦0.3)、三元镍钴铝材料LiNi_1-x-yCo_xAl_yO₂(0x1，0y1，0x+y≦0.3)、富锂锰基正极材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂(M包含Ni、Co和Mn，0x1)。高镍正极材料在充放电循环的过程中材料内部晶格膨胀更明显，随着镍含量的升高，该膨胀应力也随着提高，这会导致材料粉化和容量降低，进一步影响电芯的循环寿命。另外，常规的高镍正极极片外表面在电芯内部直接和电解液接触，电解液中的游离酸对正极材料也会造成破坏。

专利文献CN109686920A提出了一种高能量密度正极极片的制备方法，该正极极片由铝箔、涂敷在铝箔表面的正极活性物质以及喷涂在正极物质上的无机氧化物纳米粒子组成，正极活性物质由单晶高镍正极材料和富锂锰基正极材料组成，该极片在高电压下具有较高的容量和循环稳定性。该方法存在的不足是喷涂在正极材料层上的无机氧化物纳米颗粒很难均匀分布，无法很好地起到保护正极材料的作用，另外喷涂的无机氧化物材料导电性能差，将会影响锂离子电池的动力学性能。

因此，本领域需要一种正极材料不易受到游离酸破坏且不易发生粉化，具有提高的循环寿命的高镍正极极片。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种高镍正极极片、其制备方法和应用。本发明的高镍正极极片在高镍层外设有低镍层，内外层材料都属于三元材料体系，二者形成良好的接触面，防止发生不同相之间的分离现象，内侧高镍层可以充分发挥高镍正极材料的比容量，外侧低镍层的粘结剂含量为内侧高镍层的粘结剂含量的1.5-3倍，粘结剂含量较高的外侧低镍层能够很好地缓冲高镍层材料的膨胀应力，同时低镍层可以减轻电解液直接接触对高镍正极材料的破坏，从而有效地提高高镍正极极片的循环寿命。

具体而言，本发明提供一种高镍正极极片，所述高镍正极极片在厚度方向上依次包含第一低镍层、第一高镍层、集流体、第二高镍层和第二低镍层，所述高镍层和所述低镍层各自包含正极材料、粘结剂和导电剂，所述高镍层中的正极材料的镍含量高于所述低镍层中的正极材料的镍含量，所述镍含量为镍元素占正极材料中除锂以外的金属元素的摩尔分数，所述低镍层的粘结剂含量是所述高镍层的粘结剂含量的1.5-3倍。

在一个或多个实施方案中，所述高镍层中的正极材料中，镍元素占正极材料中除锂以外的金属元素的摩尔分数≥70％。

在一个或多个实施方案中，以所述高镍层的总质量计，所述高镍层中正极材料的质量分数为94-98.5％。

在一个或多个实施方案中，所述高镍层中的正极材料选自三元镍钴锰材料、三元镍钴铝材料和富锂锰基正极材料中的一种或多种。

在一个或多个实施方案中，作为高镍层中的正极材料的三元镍钴锰材料的分子式为LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂，其中，0x1，0y1，0x+y≦0.3。