CN113764613A - 一种多层复合正极极片及含有该极片的二次电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多层复合正极极片及含该正极极片的二次电池。所述多层复合正极极片包括正极集流体、至少一层热敏涂层、至少一层复合融合层和至少一层正极活性物质层;所述热敏涂层在常温下具有导电性能,同时具有增大活性物质与集流体间的接触面积、有效降低电池极化等优点;所述热敏涂层中引入第一正极活性物质,既保持了正极极片的高安全性,又提高了正极极片中的整体活性物质含量,提升电池整体能量密度;当所述正极极片的使用温度达到热敏温度及其以上温度时,热敏聚合物微球会熔融形成至少一个连续电子阻隔层,涂层形成电流阻断,在电池内部形成内部阻断,防止二次电池进一步热失控的发生,提高二次电池安全性能。
Description
技术领域
本发明涉及高安全性二次电池领域,尤其涉及一种多层复合正极极片及含有该正极极片的二次电池。
背景技术
二次电池中主要有锂离子电池、铅酸电池、钠离子电池、氟离子电池、锌离子电池、镍氢电池等二次电池。其中锂离子电池具有能量密度高、寿命长、环保等优点,目前主要应用于能量存储、数码电子、动力汽车等领域。近年来,市场对锂离子电池提出更高能量密度需求,常规锂离子电池主要由正极、负极、电解液、隔膜构成。由于锂离子电池中电解液主要由有机溶剂构成,在使用过程中存在漏液、起火***等安全性问题。
为改善锂离子电池安全性,目前主要方案有PTC涂层、高安全性隔膜、高安全性电解液、PTC极耳等方案。其中高安全性隔膜主要改善方向有安全基材、安全涂胶层等方向;高安全性电解液主要开发高安全性添加剂、高安全性阻燃剂等方向。PTC涂层具有良好的安全性,目前主要有二次电池外部PTC器件和二次电池内部PTC器件;其中,二次电池外部PTC器件的主要代表是PTC极耳,二次电池内部PTC器件的主要代表为PTC涂层。目前已经在高安全性隔膜、高安全性电解液和PTC极耳方向取得一定进展,但是改善效果有限。
当前重点改善方向为在锂离子电池内部开发一种高安全性的PTC涂层,目前PTC涂层在实际应用过程中存在电阻较高、热阻隔性差、与溶剂相容性差、PTC效应差等问题。
发明内容
为了改善现有技术的不足,本发明的目的是提供一种多层复合正极极片及含该正极极片的二次电池。所述多层复合正极极片包括正极集流体、至少一层热敏涂层、至少一层复合融合层和至少一层正极活性物质层;所述正极集流体表面依次设置热敏涂层和正极活性物质层,且热敏涂层和正极活性物质层之间设置复合融合层;所述热敏涂层具有导电性和高温阻断性,同时对二次电池内阻影响较小。所述正极极片在常规使用环境下并不会产生任何不良影响,当温度达到热敏温度时,热敏涂层中的热敏聚合物微球会熔融形成多个连续电子阻隔层,涂层形成电流阻断,在电池内部形成内部阻断,防止二次电池进一步热失控的发生,从根本上解决二次电池的安全问题。
本发明目的是通过如下技术方案实现的:
一种多层复合正极极片,所述正极极片包括正极集流体、N层热敏涂层、P层复合融合层和M层正极活性物质层,其中,在正极集流体表面依次交替地设置所述N层热敏涂层和M层正极活性物质层,且热敏涂层和正极活性物质层之间设置复合融合层;N≥1,N+1≥M≥N-1,且M≥1,P=N+M-1;
所述热敏涂层包括热敏聚合物微球、第一正极活性物质、第一导电剂、第一粘结剂以及助剂;
所述正极活性物质层包括第二正极活性物质、第二导电剂和第二粘结剂;
所述复合融合层包括第一正极活性物质、第二正极活性物质、热敏聚合物微球、第一导电剂、第一粘结剂、第二导电剂、第二粘结剂以及助剂。
根据本发明,所述正极极片包括正极集流体、N层热敏涂层、P层复合融合层和M层正极活性物质层,其中,在正极集流体表面按照顺序依次交替地设置所述N层热敏涂层和M层正极活性物质层,且热敏涂层和正极活性物质层之间设置复合融合层;N≥1,N+1≥M≥N-1,且M≥1,P=N+M-1;
其中,所述顺序可以是如下中的一种:
(1)正极集流体、热敏涂层、正极活性物质层、热敏涂层、正极活性物质层、……、热敏涂层、正极活性物质层;
(2)正极集流体、热敏涂层、正极活性物质层、热敏涂层、正极活性物质层、……、热敏涂层、正极活性物质层、热敏涂层;
(3)正极集流体、正极活性物质层、热敏涂层、正极活性物质层、热敏涂层、……、正极活性物质层、热敏涂层、正极活性物质层;
(4)正极集流体、正极活性物质层、热敏涂层、正极活性物质层、热敏涂层、……、正极活性物质层、热敏涂层。
根据本发明,4≥N≥1,N+1≥M≥N-1,且M≥1,P=N+M-1。
优选地,2≥N≥1,N+1≥M≥N-1,且M≥1,P=N+M-1。
示例性地,所述正极极片包括正极集流体、1层热敏涂层、1层复合融合层和1层正极活性物质层,其中,在正极集流体表面依次设置所述热敏涂层和正极活性物质层,且热敏涂层和正极活性物质层之间设置复合融合层,即所述正极集流体表面依次设置热敏涂层、复合融合层和正极活性物质层;或者,所述正极集流体表面依次设置正极活性物质层、复合融合层和热敏涂层。
示例性地,所述正极极片包括正极集流体、2层热敏涂层、2层复合融合层和1层正极活性物质层,其中,在正极集流体表面依次交替地设置所述热敏涂层和正极活性物质层,且热敏涂层和正极活性物质层之间设置复合融合层,即所述正极集流体表面依次设置热敏涂层、复合融合层、正极活性物质层、复合融合层、热敏涂层。
示例性地,所述正极极片包括正极集流体、2层热敏涂层、3层复合融合层和2层正极活性物质层,其中,在正极集流体表面依次交替地设置所述热敏涂层和正极活性物质层,且热敏涂层和正极活性物质层之间设置复合融合层,即所述正极集流体表面依次设置热敏涂层、复合融合层、正极活性物质层、复合融合层、热敏涂层、复合融合层、正极活性物质层,或者所述正极集流体表面依次设置正极活性物质层、复合融合层、热敏涂层、复合融合层、正极活性物质层、复合融合层、热敏涂层。
示例性地,所述正极极片包括正极集流体、1层热敏涂层、2层复合融合层和2层正极活性物质层,其中,在正极集流体表面依次交替地设置所述热敏涂层和正极活性物质层,且热敏涂层和正极活性物质层之间设置复合融合层,即所述正极集流体表面依次设置正极活性物质层、复合融合层、热敏涂层、复合融合层、正极活性物质层。
根据本发明,所述N层热敏涂层的组成相同或不同。
根据本发明,所述热敏涂层包括如下重量百分含量的各组分:
5-90wt%的热敏聚合物微球、5-90wt%的第一正极活性物质、2.9-40wt%的第一导电剂、2-20wt%的第一粘结剂以及0.1-5wt%的助剂。
优选地,所述热敏涂层包括如下重量百分含量的各组分:
10-80wt%的热敏聚合物微球、10-80wt%的第一正极活性物质、6.9-30wt%的第一导电剂、3-20wt%的第一粘结剂以及0.1-5wt%的助剂。
还优选地,所述热敏涂层包括如下重量百分含量的各组分:
20-65wt%的热敏聚合物微球、20-65wt%的第一正极活性物质、10-25wt%的第一导电剂、4.5-15wt%的第一粘结剂以及0.5-4wt%的助剂。
其中,所述热敏聚合物微球的重量百分含量为5wt%、10wt%、15wt%、20wt%、25wt%、30wt%、35wt%、40wt%、45wt%、50wt%、55wt%、60wt%、65wt%、70wt%、75wt%、80wt%、85wt%、90wt%。
其中,所述第一正极活性物质的重量百分含量为5wt%、10wt%、15wt%、20wt%、25wt%、30wt%、35wt%、40wt%、45wt%、50wt%、55wt%、60wt%、65wt%、70wt%、75wt%、80wt%、85wt%、90wt%。
其中,所述第一导电剂的重量百分含量为2.9wt%、3wt%、4wt%、5wt%、8wt%、10wt%、12wt%、15wt%、18wt%、20wt%、22wt%、25wt%、28wt%、30wt%、35wt%、40wt%。
其中,所述第一粘结剂的重量百分含量为2wt%、4wt%、5wt%、8wt%、10wt%、12wt%、15wt%、18wt%、20wt%。
其中,所述助剂的重量百分含量为0.1wt%、0.5wt%、1wt%、2wt%、3wt%、4wt%、5wt%。
根据本发明,所述M层正极活性物质层的组成相同或不同。
根据本发明,所述正极活性物质层包括如下重量百分含量的各组分:
80-99wt%的正极活性物质、0.5-10wt%的第二导电剂和0.5-10wt%的第二粘结剂。
优选地,所述正极活性物质层包括如下重量百分含量的各组分:
84-99wt%的正极活性物质、0.5-8wt%的第二导电剂和0.5-8wt%的第二粘结剂。
还优选地,所述正极活性物质层包括如下重量百分含量的各组分:
90-98wt%的正极活性物质、1-5wt%的第二导电剂和1-5wt%的第二粘结剂。
根据本发明,所述复合融合层是所述热敏涂层和所述正极活性物质层在制备过程中互相渗透形成的。其中,所述复合融合层中热敏聚合物微球、第一正极活性物质、第一导电剂、第一粘结剂以及助剂的质量百分含量满足:5-90wt%的热敏聚合物微球、5-90wt%的第一正极活性物质、2.9-40wt%的第一导电剂、2-20wt%的第一粘结剂以及0.1-5wt%的助剂。进一步地,所述复合融合层中正极活性物质、第二导电剂和第二粘结剂质量百分含量满足:80-99wt%的正极活性物质、0.5-10wt%的第二导电剂和0.5-10wt%的第二粘结剂。进一步地,所述复合融合层中各组分的质量比没有特别的定义,同时含有,且满足上述定义即可。
根据本发明,所述集流体的厚度为0.1μm-20μm,优选2μm-15μm,如0.5μm、1μm、3μm、4μm、5μm、8μm、10μm、12μm、15μm。
根据本发明,所述热敏涂层的厚度为0.1μm-5μm,优选0.2μm-3μm,如0.3μm、0.5μm、0.8μm、1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm。
根据本发明,所述复合融合层的厚度为0.001-0.5μm,如0.001μm、0.005μm、0.01μm、0.02μm、0.05μm、0.08μm、0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm。
根据本发明,所述正极活性物质层的厚度为5-175μm,优选5μm-65μm,如5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、80μm、90μm、100μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、175μm。
根据本发明,所述热敏聚合物微球颗粒大小为100nm-3.0μm,优选为200nm-2μm。
根据本发明,所述热敏聚合物微球的热敏温度为大于等于110℃,优选为115℃-160℃,如115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、160℃。所述热敏聚合物微球可以是商业途径购买获得的。
根据本发明,所述热敏聚合物微球选自聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚酯酰胺、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酯、聚氨酯、烯烃共聚物或其单体改性共聚的聚合物。示例性地,所述烯烃共聚物例如为丙烯共聚物(如丙烯-乙烯-丙烯酸酯共聚物,示例性地丙烯与乙烯/丙烯酸酯的摩尔比为(10-1):1)、乙烯共聚物(如乙烯-丙烯共聚物,示例性地乙烯与丙烯的摩尔比为(10-1):1;还例如乙烯-丙烯酸酯共聚物,示例性地乙烯与丙烯酸酯的摩尔比为(10-1):1;还例如乙烯-醋酸乙烯共聚物)等。
根据本发明,所述第一导电剂和第二导电剂相同或不同,彼此独立地选自导电炭黑、科琴黑、导电纤维、导电聚合物、乙炔黑、碳纳米管、石墨烯、鳞片石墨、导电氧化物、金属颗粒中的一种或几种。
根据本发明,所述第一粘结剂选自水系粘结剂和油系粘结剂,其中水系粘结剂为丙烯酸酯、聚(甲基)丙烯酸、丁苯橡胶(SBR)、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、羧甲基纤维素(CMC)、羧甲基纤维素钠(CMC-Li)、羧乙基纤维素、水性聚氨酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、多元丙烯酸类共聚物、聚苯乙烯磺酸锂、水性有机硅树脂、丁腈-聚氯乙烯共混物、苯丙乳胶、纯苯乳胶等及由前述聚合物改性衍生的共混、共聚聚合物中的一种或多种组合;其中油系粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯中的一种或多种组合。
根据本发明,所述助剂选自分散剂、填充剂中的至少一种;其中分散剂为支链醇、磷酸三乙酯、聚乙二醇、氟化聚氧化乙烯、聚氧化乙烯、硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基磺酸钠、脂肪酸甘油酯,山梨坦脂肪酸酯和聚山梨酯中的至少一种;填充剂为纳米填料(纳米二氧化硅、三氧化二铝、二氧化锆、氮化硼、氮化铝等)、纳米氧化物电解质等。
根据本发明,所述第一正极活性物质和第二正极活性物质相同或不同,彼此独立地选自磷酸铁锂(LiFePO4)、钴酸锂(LiCoO2)、镍钴锰酸锂(LizNixCoyMn1-x-yO2,其中0.95≤z≤1.05,x>0,y>0,0<x+y<1)、锰酸锂(LiMnO2)、镍钴铝酸锂(LizNixCoyAl1-x-yO2,其中0.95≤z≤1.05,x>0,y>0,0.8≤x+y<1)、镍钴锰铝酸锂(LizNixCoyMnwAl1-x-y-wO2,其中0.95≤z≤1.05,x>0,y>0,w>0,0.8≤x+y+w<1)、镍钴铝钨材料、富锂锰基固溶体正极材料(xLi2MnO3·(1-x)LiMO2,其中M=Ni/Co/Mn)、镍钴酸锂(LiNixCoyO2,其中x>0,y>0,x+y=1)、镍钛镁酸锂(LiNixTiyMgzO2,其中,x>0,y>0,z>0,x+y+z=1)、镍酸锂(Li2NiO2)、尖晶石锰酸锂(LiMn2O4)、镍钴钨材料中的一种或几种的组合。
根据本发明,所述第二粘结剂选自聚四氟乙烯(PTEF)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯中的一种或多种组合。
根据本发明,所述正极极片的电阻为<10Ω,优选<500mΩ。
根据本发明,所述正极极片的厚度为50-200μm。
本发明还提供一种二次电池,所述二次电池包括上述的正极极片。
根据本发明,所述二次电池在25℃、1C/1C充放电制度下容量保持率降至80%时,循环的次数为大于等于1100次。
本发明还提供一种上述正极极片的制备方法,所述方法包括如下步骤:
1)将200-1000质量份溶剂、5-90质量份热敏聚合物微球、5-90质量份第一正极活性物质、2.9-40质量份第一导电剂、2-20质量份第一粘结剂中的油系粘结剂以及0.1-5质量份助剂,均匀混合后,得到热敏涂层浆料;
2)将200-1000质量份溶剂、80-99质量份的正极活性物质、0.5-1质量份的第二导电剂和0.5-10质量份的第二粘结剂,均匀混合后,得到正极活性物质层浆料;
3)将步骤1)的热敏涂层浆料或步骤2)的正极活性物质层浆料依次交替地涂布在正极集流体表面,经过80-110℃干燥12-72小时后,得到所述正极极片。
根据本发明,所述溶剂选自N-甲基吡咯烷酮、氢氟醚、丙酮、四氢呋喃、二氯甲烷、吡啶中的至少一种。
根据本发明,步骤1)具体包括如下步骤:
1)将200-1000质量份溶剂、5-90质量份第一正极活性物质、2.9-40质量份第一导电剂、2-20质量份第一粘结剂中的油系粘结剂以及0.1-5质量份助剂,均匀混合后且过100目筛网,加入5-90质量份热敏聚合物微球均匀混合后,过100目筛网,得到热敏涂层浆料。
根据本发明,步骤3)具体包括如下步骤:
将N层热敏涂层和M层正极活性物质层按照顺序依次交替地涂布在正极集流体表面,且涂布完热敏涂层和正极活性物质层之后分别进行干燥。
有益效果
本发明提供一种多层复合正极极片及含该正极极片的二次电池。所述多层复合正极极片包括正极集流体、至少一层热敏涂层、至少一层复合融合层和至少一层正极活性物质层;所述正极集流体表面依次设置热敏涂层和正极活性物质层,且热敏涂层和正极活性物质层之间设置复合融合层;所述热敏涂层包括第一导电剂、第一粘结剂、第一正极活性物质、热敏聚合物微球和助剂,所述热敏涂层在常温下具有导电性能,同时具有增大活性物质与集流体间的接触面积、有效降低电池极化等优点;所述热敏涂层中引入第一正极活性物质,既保持了正极极片的高安全性,又提高了正极极片中的整体活性物质含量,提升电池整体能量密度;当所述正极极片的使用温度达到热敏温度及其以上温度时,热敏聚合物微球会熔融形成至少一个连续电子阻隔层,涂层形成电流阻断,在电池内部形成内部阻断,防止二次电池进一步热失控的发生,提高二次电池安全性能。
附图说明
图1为本发明的正极极片的常温结构示意图。
图2为本发明的正极极片的高温结构示意图。
图3为实施例10、对比例1-2的正极极片的电阻随着温度升高,电阻数值的变化曲线。
图4为实施例10和对比例1-2制备的电池ARC测试结果。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明做更进一步的详细说明。应当理解,下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明,而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法;下述实施例中所用的试剂、材料等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。
下述实施例中所使用的热敏聚合物微球全部购买于商业途径。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而并非指示或暗示相对重要性。
实施例1
S1:配制热敏涂层浆料:将1000g N-甲基吡咯烷酮、26g钴酸锂、13g碳纳米管、15g聚偏氟乙烯、以及7g磷酸三乙酯均匀混合过100目筛网后,加入39g聚乙烯热敏聚合物微球,均匀混合后过100目筛网,得到热敏涂层浆料;
S2:配制正极浆料:将1000g N-甲基吡咯烷酮、99g钴酸锂、0.5g聚偏氟乙烯、0.5g碳纳米管均匀混合后,得到正极涂层浆料;
S3:制备正极极片:将S1中热敏涂层浆料涂布在铝箔集流体表面,经过110℃干燥12小时后,得到表面含有热敏涂层(记为第一层)的集流体;将S2中正极涂层浆料涂覆在表面含有热敏涂层的集流体表面,经过110℃干燥12小时后、压片、剪裁处理后得到表面含有正极活性物质层(记为第二层)、热敏涂层(记为第一层)的正极极片,其中,热敏涂层和正极活性物质层在烘干、压片过程中互相渗透形成了复合融合层,通过扫描电镜和EDS能谱分析可以观察到复合融合层的厚度;
S4:制备负极极片:将400g去离子水、97g石墨、0.5g导电炭黑、1gCMC、1.5g丁苯橡胶,均匀混合后,涂布在负极集流体上,并经过干燥,干燥工艺属于业内常规工艺;
S5:制备锂离子电池:将正极、负极、隔膜采用叠片或卷绕等方法,制备锂离子电池电芯,经烘烤、注液、化成、封装后得到高安全锂离子电池。
实施例2-12以及对比例1-2
实施例2-12以及对比例1-2的制备过程同实施例1,均是材料多层涂布的方法制备得到的,区别在于步骤S1的热敏涂层浆料的组成不同,步骤S2的正极浆料的组成不同,以及步骤S3中的涂覆在正极集流体表面的浆料的顺序不同,具体如表1-2所示,其中,与正极集流体直接接触的一层记为第一层,依次记为第二层、第三层、……等等。
具体的,实施例2、实施例4、实施例5的电池是采用叠片式制备,实施例1、实施例3、实施例6-12和对比例1-2的电池采用卷绕式制备。
二、实验数据
极片电阻测试:采用ACCFILM膜片电阻测试仪器,该仪器采用可控压双探头电阻直接测试极片的整体电阻,输出的测量值为极片电阻。
测试过程为:通过对探头进行合适的表面平整度,加压10N,进行测试。将该测试装置置于烘箱中,烘箱初始温度20℃,以2℃/min的升温速率,升温至145℃,并实时记录数据。
交流阻抗测试电池内阻方法:采用Metrohm瑞士万通PGSTAT302N化学工作站在100KHz-0.1mHz范围,25℃条件下,对锂离子电池进行交流阻抗测试;
电池循环性能测试方法:锂离子电池在蓝电电池充放电测试柜上进行充放电循环测试,测试条件为25℃、50%湿度、1C/1C充放电。
电池热测试方法:采用英国HEL品牌-PhiTEC I(ARC)型号绝热加速量热仪对电池在不同温度中的状态进行检测。
表1实施例1-12和对比例1-2中热敏涂层浆料的加入量及烘干条件
表2实施例1-12和对比例1-2中热敏涂层浆料的组成
表3实施例1-12和对比例1-2中正极极片的结构
序号 | 集流体厚度/(μm) | 每层热敏涂层厚度/(μm) | 复合融合层厚度/(μm) | 每层正极层厚度/(μm) |
实施例1 | 15 | 2.5 | 0.5 | 50 |
实施例2 | 20 | 5 | 0.5 | 175 |
实施例3 | 10 | 0.1 | 0.01 | 35 |
实施例4 | 8 | 5 | 0.5 | 45 |
实施例5 | 5 | 1 | 0.4 | 80 |
实施例6 | 2 | 2 | 0.1 | 60 |
实施例7 | 9 | 4 | 0.005 | 45 |
实施例8 | 10 | 0.5 | 0.5 | 50 |
实施例9 | 16 | 5 | 0.001 | 70 |
实施例10 | 10 | 3 | 0.01 | 50 |
实施例11 | 10 | 3 | 0.01 | 60 |
实施例12 | 10 | 1 | 0.5 | 50 |
对比例1 | 10 | -- | -- | 50 |
对比例2 | 10 | 3 | 0.001 | 50 |
1、极片电阻测试结果:图3为实施例10、对比例1、对比例2的正极极片的电阻随着温度升高,电阻数值的变化曲线:从图3中可以看出,通过对比实施例10和对比例1、对比例2正极极片的电阻测试结果,发现对比例1和对比例2的正极极片在20-140℃整个温度范围内,极片电阻稍微下降;实施例10正极极片在20℃-115℃内,正极极片电阻随温度的变化较小,在115℃-125℃内,随着正极极片中的热敏聚合物微球会熔融形成多个连续电子阻隔层,涂层形成电流阻断,电阻呈数量级增加,这可以阻断离子和电子通过,改善电池安全性能。
2、对实施例1-12和对比例1-2制备的电池进行EIS测试和电池循环性能测试,测试结果如下:
通过对比实施例1-12和对比例1-2制备的电池EIS测试结果,发现:
1)实施例1-12制备的电池中,正极极片中的正极层厚度增加,电池内阻随之增加。主要原因是极片增厚,导致锂离子、电子传输路径增加,电池阻抗增加,导致电池有效循环下降。但是实施例1-12制备的电池的内阻及循环性能,满足常规项目需求;
2)实施例10-12制备的电池中:实施例10-11的正极极片中正极层厚度不同,正层极极片中的正极层增加10μm,极片内部锂离子、电子传输路径增加,电池阻抗增加电池性能有所下降,实施例10电池1320次循环(容量保持80%),实施例11电池1060次循环(容量保持80%),基本满足客户需求;实施例10和实施例12的正极极片中热敏涂层厚度不同,实施例12与实施例10相比热敏涂层厚度降低2μm,实施例10电池1320次循环(容量保持80%),实施例12电池1370次循环(容量保持80%),对电池性能影响较小,属于正常范围内;
3)实施例10、实施例12、对比例1、对比例2实验结果:
电池内阻:对比例1(52.71mΩ)<实施例12(54.42mΩ)<实施例10(55.35mΩ)<对比例2(56.14mΩ)。实施例10、实施例12、对比例1、对比例2中正极活性物质厚度一样,区别在于:是否含有热敏涂层、涂层厚度。主要原因是对比例1中无正极底涂层,导致电池内阻稍小,对电池性能影响较小;
电池循环次数:实施例10电池1320次循环(容量保持80%),实施例12电池1370次循环(容量保持80%),对比例1电池1120次循环(容量保持80%),对比例2电池1250次循环(容量保持80%),主要原因是对比例1中无正极底涂,虽然前期电池内阻稍小,但是随着电池的循环,电池极化、动态内阻增加、正极不均一等因素,影响电池循环。
通过对比实施例1-12和对比例1-2制备的电池循环性能测试结果,发现本发明中的正极极片中的功能安全涂层,具有抑制电池极化、改善正极的一致性,提升电池的循环寿命特性;
3、采用英国HEL品牌-PhiTEC I(ARC)型号绝热加速量热仪对实施例10、对比例1-2中制备的电池进行测试,仪器内部以0.14℃/min速率进升温,并对电池的温度进行测试,测试结果如图4。通过对比实施例10和对比例1-2制备的电池ARC测试结果,发现对比例1-2的电池在175-185℃左右发生热失控,电池发生剧烈燃烧;实施例10的电池在195-205℃左右,发生热失控。
主要原因:电池从100℃升温至180℃期间,存在SEI膜破解、正极和电解液剧烈反应,尤其是在160℃-185℃区间内,会发生剧烈的热失控、起火等现象。实施例10的电池在110℃升温至185℃期间,在达到热敏温度时,电池内部形成阻隔层,阻断电池内部电路,延长电池安全时间,提高电池热失控温度。
实验结果说明,本发明的正极极片组装的二次电池较常规二次电池具有良好的安全性。
以上,对本发明的实施方式进行了说明。但是,本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种多层复合正极极片,其中,所述正极极片包括正极集流体、N层热敏涂层、P层复合融合层和M层正极活性物质层,其中,在正极集流体表面依次交替地设置所述N层热敏涂层和M层正极活性物质层,且热敏涂层和正极活性物质层之间设置复合融合层;N≥1,N+1≥M≥N-1,且M≥1,P=N+M-1;
所述热敏涂层包括热敏聚合物微球、第一正极活性物质、第一导电剂、第一粘结剂以及助剂;
所述正极活性物质层包括第二正极活性物质、第二导电剂和第二粘结剂;
所述复合融合层包括第一正极活性物质、第二正极活性物质、热敏聚合物微球、第一导电剂、第一粘结剂、第二导电剂、第二粘结剂以及助剂。
2.根据权利要求1所述的多层复合正极极片,其中,所述正极极片包括正极集流体、N层热敏涂层、P层复合融合层和M层正极活性物质层,其中,在正极集流体表面按照顺序依次交替地设置所述N层热敏涂层和M层正极活性物质层,且热敏涂层和正极活性物质层之间设置复合融合层;N≥1,N+1≥M≥N-1,且M≥1,P=N+M-1;
其中,所述顺序是如下中的一种:
(1)正极集流体、热敏涂层、正极活性物质层、热敏涂层、正极活性物质层、……、热敏涂层、正极活性物质层;
(2)正极集流体、热敏涂层、正极活性物质层、热敏涂层、正极活性物质层、……、热敏涂层、正极活性物质层、热敏涂层;
(3)正极集流体、正极活性物质层、热敏涂层、正极活性物质层、热敏涂层、……、正极活性物质层、热敏涂层、正极活性物质层;
(4)正极集流体、正极活性物质层、热敏涂层、正极活性物质层、热敏涂层、……、正极活性物质层、热敏涂层。
3.根据权利要求1或2所述的多层复合正极极片,其中,所述N层热敏涂层的组成相同或不同;
所述热敏涂层包括如下重量百分含量的各组分:
5-90wt%的热敏聚合物微球、5-90wt%的第一正极活性物质、2.9-40wt%的第一导电剂、2-20wt%的第一粘结剂以及0.1-5wt%的助剂。
4.根据权利要求1-3任一项所述的多层复合正极极片,其中,所述M层正极活性物质层的组成相同或不同;
所述正极活性物质层包括如下重量百分含量的各组分:
80-99wt%的正极活性物质、0.5-10wt%的第二导电剂和0.5-10wt%的第二粘结剂。
5.根据权利要求1-4任一项所述的多层复合正极极片,其中,所述集流体的厚度为0.1μm-20μm;和/或,所述热敏涂层的厚度为0.1μm-5μm;和/或,所述复合融合层的厚度为0.001-0.5μm;和/或,所述正极活性物质层的厚度为5-175μm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的多层复合正极极片,其中,所述热敏聚合物微球颗粒大小为100nm-3.0μm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的多层复合正极极片,其中,所述正极极片的电阻为<10Ω。
8.根据权利要求1-7任一项所述的多层复合正极极片,其中,所述正极极片的厚度为50-200μm。
9.一种二次电池,所述二次电池包括权利要求1-8任一项所述的正极极片。
10.根据权利要求9所述的二次电池,其中,所述二次电池在25℃、1C/1C充放电制度下容量保持率降至80%时,循环的次数为大于等于1100次。
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