[发明专利]一种快速充电的三元材料正极极片及其锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池制备领域，具体的说是一种快速充电的三元正积极片及其锂离子电池。

背景技术

随着电动汽车、数码产品及其移动电动工具的快速发展，要求这些产品使用的锂离子电池具有快速充电的能力，以方便人们的使用，同时对锂离子电池或模块损害较小。目前的快充型锂离子电池，即倍率型锂离子电池，主要是通过采用快充型电解液、倍率型正负极材料及其降低极片的面密度等方法实现的，比如专利（CN105489857A）公开了一种快速充电用锂离子电池，其主要通过采用改性石墨及其采用功能性电解液实现的，其制备出锂离子电池具有30C的充电能力，同时电池不产生气体，但是存在在多次使用后形成SEI消耗大量的锂离子，造成电池内部锂离子含量不足，进而影响其循环寿命。因此急需开发出一种倍率性能佳、循环寿命好的锂离子电池显得非常必要。而补锂技术是近几年发展起来的一种新型技术，即通过在极片中补充锂化合物或锂粉，为充放电过程中形成SEI消耗锂离子能够及时得到补充，从而提高锂离子的首次效率及其充放电过程中的锂离子传输数量，进而提高锂离子电池的能量密度、循环性能及其倍率性能，尤其是对于循环性能差的三元材料效果更为明显，并可以进一步提高锂离子电池的能量密度。

发明内容

针对目前锂离子电池所用三元正极材料倍率性能差、快充性能偏差及其循环性能不佳等缺陷，本发明的目的之一是通过对正极极片进行补锂，制备出一种倍率性能好、循环性能好及其能量密度高的三元正极极片，并应用于锂离子电池。

一种快速充电的三元材料正极极片，其特征在于，正极极片呈现层状结构，正极极片呈现层状结构，基层为网状铝箔集流体，由内向外依次是，第一层为三元材料复合层，第二层为补锂层，最外层为炭层。其厚度比为：基层：第一层：第二层：最外层=（10～30）：（100～200）：（5～10）：（1～5）；

所述的网状铝箔集流体的厚度为（10～30）μm，孔隙率（30～70）%；

所述的三元材料复合层是由三元材料、导电剂、粘结剂组成，其比例为（90～95）：（1～3）：（2～8）；

所述的三元材料为LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂（x≥0.3，y≥0.3），导电剂为超级炭黑、碳纳米管、石墨烯、气相生长碳纤维、空心碳球、实心碳球中的一种，粘结剂为聚偏氟乙烯。

所述的补锂层是由含有锂粉、聚合物、石墨烯组成，其质量比：（10～20）：（20～40）:（40～60）；

所述的锂粉的聚合物是由锂粉、聚合物组成，其中聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸异丁酯、聚甲基丙烯酸羟乙酯中的一种；

所述的炭层采用气相沉积法制备；

一种快速充电的三元材料正极极片及其锂离子电池，其特征在于，所述的实验过程为：

1）浆料制备：

将（10～20）g金属锂粉、（20～40）g聚合物、（40～60）g石墨烯加入500g NMP溶剂中，混合均匀得到补锂浆料；

称取（2～8）g聚偏氟乙烯添加到150gNMP溶剂中分散均匀后，再添加（1～3）g导电剂，（90～95）g三元材料，并搅拌得到活性物质浆料；

2）正极复合极片的制备：

在露点≤-30℃环境中，通过涂布机将活性物质浆料涂覆在网状铝箔上，干燥完毕后得到极卷A，在通过凹版印刷机将补锂浆料涂覆在极卷A表面，干燥完毕后，得到极卷B，之后将极卷分切成极片，并转移到管式炉中，通过化学气相法，首先通入氮气，之后通入以甲烷或乙炔气体，并升温到（600～900）℃，之后保温（1～3）h，之后自然降温到室温，最后得到表面覆盖有碳材料物质的复合极片。

所述的一种快速充电的三元材料正极极片应用于锂离子电池。

有益效果：

1）通过采用网状集流体可以缩短锂离子的传输距离，并避免不同极片之间由于涂覆面密度不同造成的锂离子浓度差，并提高其循环性能；同时网状集流体在不降低极片力学强度条件下，可以提高活性物质的利用率，进而提高其极片及其锂离子电池的能量密度。

2）通过在活性物质表面进行补锂，可以及时补充充放电过程中形成SEI膜消耗的锂离子，进而提高其电池的首次效率、倍率性能及其为循环过程中提供充足的锂离子，提高其循环性能。