[发明专利]兼具高安全、高功率的锂电池用三元正极片及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种兼具高安全、高功率的锂电池用三元正极片及其制备方法和用途。所述正极片包括集流体和位于所述集流体表面的正极材料层，所述正极材料层中包括三元正极活性材料颗粒、导电剂、粘结剂和能够传导锂离子的氧化物固态电解质颗粒；所述正极片的面容量4mAh/cm²，所述氧化物固态电解质颗粒的粒径D50为0.1‑3μm。本发明通过在正极片中加入特定粒径的氧化物固态电解质，与导电剂和粘结剂配合，对于正极片的面容量4mAh/cm²的正极片，可以在保证高容量和良好循环性能的前提下，兼顾高安全的特性。

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，涉及一种正极片及其制备方法和用途，尤其涉及一种兼具高安全、高功率的锂电池用三元正极片、其制备方法、改善锂电池安全性的方法、相应的正极片、及锂电池。

背景技术

随着电动汽车的推广应用，锂离子电池中的三元正极材料因其理论容量高、原料价格低廉、环境友好等优点，被认为是下一代最具潜力的正极材料之一。但是三元正极材料存在热稳定性较差及倍率性能较差等问题。这些因素制约了其在电动汽车上的广泛应用。

锂离子电池的产热包括可逆反应熵热、不可逆电阻热、混合热、相变热，其中后两者产热率较小，一般情况下可忽略。其中不可逆电阻热始终表现为放热；可逆反应熵热在电池充电的过程中，总体上表现为吸热；在电池放电过程中，总体上表现为放热，因此电池在放电过程中的产热往往大于充电过程中的产热。三元材料的产热问题及其热稳定性差的问题直接限制了其进一步应用。

目前，通过对三元材料进行表面包覆可以在一定程度上改善其热稳定性差的问题，例如CN107482204A公开了一种金属固溶体修饰高镍三元正极材料及其制备方法，所述材料为核壳结构，其由内向外依次包括高镍三元正极材料基体、过渡层以及包覆层，所述包覆层包括金属锂盐，以及一种或多种异质金属前驱和高镍三元正极材料前驱反应生成的固溶体正极活性物质，所述过渡层为异质金属元素掺杂的高镍三元正极材料。其制备方法包括以下步骤：(1)将高镍三元正极材料前驱、异质金属前驱、锂盐均匀混合，形成混合物；(2)对混合物进行高温煅烧得到所述金属固溶体修饰高镍三元正极材料。其工艺流程简单，生产过程环保，金属固溶体修饰高镍三元正极材料具有更好的热稳定性，充放电比容量和优异的循环性能，其能够满足对高容量，高安全有需求的消费领域。

CN110844945A公开了一种高镍三元正极材料及其制备方法和应用。其中，制备高镍三元正极材料的方法包括：(1)将高镍三元正极材料前驱体、金属氧化物和锂盐混合，得到混合物料；(2)对混合物料依次进行第一烧结处理和第二烧结处理，得到第一产物；(3)将第一产物与磷酸氢盐溶液混合，使磷酸氢盐包裹在第一产物的表面，得到混合浆料；(4)向混合浆料中加入碱液，使磷酸氢盐发生沉淀反应并在第一产物表面形成包覆层，得到含包覆层的第二产物；(5)对第二产物进行第三烧结处理，得到高镍三元正极材料。该方法可实现在高镍三元材料表面均匀包覆磷酸盐层，进而抑制高镍三元正极材料表层NiO立方相的生成和材料结构的坍塌，提高电池的循环性能和热稳定性。

但是，上述表面包覆的方法对于三元材料结果和过程的控制要求较高，第一种方法制备的正极材料过渡层的厚度以及组分控制较为困难，稳定性较低；而第二种方法对于三元材料的烧结条件和温度有很高的要求，能耗较大，过程较为复杂，成本极高，两种方法对于量产应用都不利。

因此，仍需寻找一种在保证电池具有更高安全性能的同时还能保持良好电学性能的改性手段。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种正极片及其制备方法和用途，尤其在于提供一种兼具高安全、高功率的锂电池用三元正极片、其制备方法、改善锂电池安全性的方法、相应的正极片、及锂电池。

采用本发明所述“兼具高安全、高功率的正极片”中，高功率：采用该正极片制备的锂电池25℃条件下倍率放电5C/1C与1C/1C的放电容量比达到90％；高安全：能通过针刺和180℃热冲击测试，针刺、热冲击测试均不着火、不爆炸、不冒烟。