[发明专利]正极活性材料组合物、水系正极浆料、正极极片、二次电池及用电装置

说明书

本申请公开了一种正极活性材料组合物、水系正极浆料、正极极片、二次电池及用电装置，所述正极活性材料组合物包括第一正极活性材料、第二正极活性材料以及第三正极活性材料，其中，所述第一正极活性材料的体积平均粒径Dv50为A1μm，0.2≤A1≤0.8；所述第二正极活性材料的体积平均粒径Dv50为A2μm，1.0≤A2≤2.5；所述第三正极活性材料的体积平均粒径Dv50为A3μm，3.0≤A3≤6.0。本申请能使正极极片具有较高压实密度的同时还具有较低的水分含量。

技术领域

本申请属于电池技术领域，尤其涉及一种正极活性材料组合物、水系正极浆料、正极极片、二次电池及用电装置。

背景技术

近年来，二次电池被广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域。随着二次电池的应用及推广，其成本问题和环境污染问题受到越来越多的关注。正极极片是决定二次电池性能的关键因素之一，用于现有正极浆料的溶剂通常为油系溶剂，例如N-甲基吡咯烷酮(NMP)，但是NMP存在用量高、易挥发、毒性高且成本高的缺陷，不仅会对环境造成严重污染，而且还会危害人的身体健康。因此，有必要开发一种低成本、环境友好并且性能优异的水系正极浆料。

发明内容

本申请的目的在于提供一种正极活性材料组合物、水系正极浆料、正极极片、二次电池及用电装置，旨在使正极极片具有较高压实密度的同时还具有较低的水分含量，使二次电池同时兼顾高安全性能、高能量密度和良好的电化学性能。

本申请第一方面提供一种正极活性材料组合物，包括第一正极活性材料、第二正极活性材料以及第三正极活性材料，其中，所述第一正极活性材料的体积平均粒径Dv50为A1μm，0.2≤A1≤0.8；所述第二正极活性材料的体积平均粒径Dv50为A2μm，1.0≤A2≤2.5；所述第三正极活性材料的体积平均粒径Dv50为A3μm，3.0≤A3≤6.0。

本申请的发明人在研究过程中意外发现，将三种具有不同粒径的正极活性材料组合后应用于正极极片中能够在提升正极极片的压实密度的同时明显降低正极极片水分含量，并且由此得到的电池能够同时兼顾高安全性能、高能量密度和良好的电化学性能。尽管机理尚不明确，本申请的发明人推测可能的原因在于，通过将具有不同粒径的第一正极活性材料、第二正极活性材料和第三正极活性材料组合后，三种不同粒径的正极活性材料之间形成了协同作用效果。

在本申请的任意实施方式中，4≤A3/A1≤20，可选地，5≤A3/A1≤15。A3/A1在合适的范围内时，可以更好地发挥第三正极活性材料和第一正极活性材料之间的协同作用效果，使第三正极活性材料有效降低第一正极活性材料形成的密集填充状态，进而正极极片可以在具有较高压实密度的同时具有更低的水分含量，并且正极极片还具有良好的离子和电子传输性能。

在本申请的任意实施方式中，1.6≤A3/A2≤6.0，可选地，2.0≤A3/A2≤4.0。A3/A2在合适的范围内时，可以更好地发挥第三正极活性材料和第二正极活性材料之间的协同作用效果以及充分发挥第二正极活性材料的调节与润滑作用，因此，正极极片可以在具有较高压实密度的同时具有更低的水分含量，并且正极极片还具有良好的离子和电子传输性能。

在本申请的任意实施方式中，1.5≤A2/A1≤7.5，可选地，1.8≤A2/A1≤6.5。A2/A1在合适的范围内时，可以更好地发挥第二正极活性材料和第一正极活性材料之间的协同作用效果以及充分发挥第二正极活性材料的调节与润滑作用，因此，正极极片可以在具有较高压实密度的同时具有更低的水分含量，并且正极极片还具有良好的离子和电子传输性能。

在本申请的任意实施方式中，按所述正极活性材料组合物的总质量为100％计，所述第一正极活性材料的质量百分含量w1为60％-80％，所述第二正极活性材料的质量百分含量w2为10％-40％，所述第三正极活性材料的质量百分含量w3为7％-15％。此时，正极极片可以在具有较高压实密度的同时具有更低的水分含量，并且正极极片还具有良好的离子和电子传输性能。