[发明专利]一种三明治结构的锂电池正极片及锂离子电池

说明书

本发明公开了一种三明治结构的锂电池正极片，包括正极集流体和正极活性层，所述正极活性层包括依次涂覆于正极集流体上的导电层、第一活性层和第二活性层，其中：所述导电层是由导电剂与粘结剂组成的涂层，所述第一活性层为锰酸锂涂层或三元材料涂层，所述第二活性层为磷酸锰铁锂涂层。本发明的三明治结构的锂电池正极片，能够提高锰酸锂的导电性以及电池的安全性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种三明治结构的锂电池正极片及锂离子电池。

背景技术

尖晶石型锰酸锂(LiMn₂O₄)是一种具有三维锂离子通道的正极材料，具有资源丰富、成本低、电压高、低温性能好等优点。但其在充放电过程中，材料中的三价Mn易歧化生成可溶解的二价Mn，导致结构发生变化。尤其是在高温下，电解液中的六氟磷酸锂分解产生的氢氟酸起到了催化的作用，加快了锰酸锂的结构变化，因此锰酸锂的高温性能较差。磷酸锰铁锂材料具有稳定的橄榄石结构，在锂离子脱嵌过程中结构不发生变化，具有良好的高温循环性能和安全性。但磷酸锰铁锂因具有电子导电率低、锂离子扩散系数低、两个电压平台(4.1V和3.4V)等缺点，限制了其规模化的应用。

由于尖晶石型锰酸锂和磷酸锰铁锂作为正极材料均具有自身固有的缺陷，因此，在实际应用中，为了克服尖晶石型锰酸锂和磷酸锰铁锂存在的缺陷，一般将两者配合使用，例如采用不同的配比混合、分层涂覆或包覆等。例如公开号为CN201811599210.1的中国专利公开了一种锂离子电池用正极，采用磷酸锰铁锂两种物质作为正极活性材料，一方面能利用磷酸锰铁锂材料良好的安全性能和循环性能，另一方面能利用锰酸锂材料的高能量密度和良好的加工性能，制备的电池具备高体积能量密度、良好的循环性能、优异的安全性能和良好的加工性能。

但是，将锰酸锂作为正极材料使用时仍存在一些缺陷：由于锰酸锂的导电性能较差，作为正极材料使用时会影响电子的传输性能。另外，锰酸锂的高温性能较差，会影响锂电池的安全性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种三明治结构的锂电池正极片，该正极片能够提高锰酸锂的导电性以及电池的安全性能。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明提供了一种三明治结构的锂电池正极片，包括正极集流体和正极活性层，所述正极活性层包括依次涂覆于正极集流体上的导电层、第一活性层和第二活性层。其中：

所述导电层是由导电剂与粘结剂组成的涂层，所述第一活性层为锰酸锂涂层或三元材料涂层，所述第二活性层为磷酸锰铁锂涂层。

进一步地，所述导电层的厚度为1～5μm，所述第一活性层的厚度为20～150μm，所述第二活性层的厚度为30～180μm。辊压后的极片总厚度在171±5μm。

进一步地，所述导电层中，导电剂与粘结剂的比例为1:1～3。

进一步地，所述导电剂选自炭黑导电剂、石墨导电剂、碳纳米管中的一种或多种，所述粘结剂为聚偏氟乙烯。

进一步地，所述锰酸锂涂层中，采用的锰酸锂为为容量型锰酸锂，D₅₀为9～18μm；或采用的锰酸锂为单晶锰酸锂，D₅₀为6～12μm；

所述三元材料涂层中，采用的三元材料为NCM811、NCM523中的一种或两种，其D₅₀为8～12μm。

进一步地，所述磷酸锰铁锂涂层中，采用的磷酸锰铁锂为改性磷酸锰铁锂，所述改性磷酸锰铁锂的制备方法包括以下步骤：

a.将微米级的磷酸锰铁锂、分散剂进行纳米化，得到纳米级的磷酸锰铁锂浆料；将微米级的固态电解质进行纳米化，得到纳米级固态电解质浆料；

b.将步骤a得到的磷酸锰铁锂浆料和固态电解质浆料烘干，再混合均匀，得到复合材料；