[发明专利]一种正极极片及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种正极极片及其制备方法和应用，所述正极极片包括集流体、第一活性物质层和设置于所述集流体和所述第一活性物质层之间的第二活性物质层，所述第一活性物质层中含有铌基材料，本发明所述正极极片为三层结构，包括集流体及依次涂覆于集流体之上的活性下层和活性上层，在活性上层浆料中加入铌基材料，以进一步改善Li⁺的扩散系数，并提高电池安全性能。通过上下层的简单复合，从而提高电池的倍率性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种正极极片及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池在新能源汽车、能量存储等领域发挥愈发重要的作用。目前在电动汽车的应用中，对能量密度提出了更高的要求。然而现有动力锂离子电池的能量密度不足，限制了电动汽车的续航里程。电极结构方面，增加电极厚度并实施辊压，以提高活性物质占比，可有效提升锂离子电池的能量密度，但也会导致电极迂曲度增大，Li⁺在电极内的迁移路径增长，离子扩散受限，从而造成电池的倍率性能显著下降。因此，进行电极微结构设计和优化，以保证能量密度并改善电池电性能，成为解决上述问题的关键。

CN112510168A公开了一种锂电池正极极片，包括正极集流体、正极涂覆层，所述正极集流体具有相对的两个表面；所述正极涂覆层涂布在所述正极集流体的至少一个表面上；所述正极涂覆层包括第一正极活性物质涂覆层和第二正极活性物质涂覆层；所述第一正极活性物质涂覆层设置在正极集流体与第二正极活性物质涂覆层之间；所述第一正极活性物质涂覆层的厚度为1-30μm；所述第一正极活性物质涂覆层与第二正极活性物质涂覆层的厚度比为1:5-1:50。

CN111916663A公开了一种正极极片及包括该正极极片的锂离子电池；其通过在正极活性物质层与正极集流体之间设置安全涂层，保证电池的安全性能，避免发生安全事故，所述安全涂层中第一正极活性物质最大粒度D1max的选择以及对安全涂层厚度的调控，在保证电池安全性能的同时，进一步降低了锂离子电池在能量密度方面的损失。

上述方案所述正极极片中Li⁺在电极内的迁移路径增长，离子扩散受限，进而导致倍率性能较差的问题，因此，开发一种改善Li⁺的扩散系数，并提高电池安全性能，提高电池倍率性能的正极极片是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种正极极片及其制备方法和应用，本发明所述正极极片为三层结构，包括集流体及依次涂覆于集流体之上的活性下层和活性上层，在活性上层浆料中加入铌基材料，以进一步改善Li⁺的扩散系数，并提高电池安全性能。通过上下层的简单复合，从而提高电池的倍率性能。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种正极极片，所述正极极片包括集流体、第一活性物质层和设置于所述集流体和所述第一活性物质层之间的第二活性物质层，所述第一活性物质层中含有铌基材料。

本发明通过简单的活性上下层复合，制备双层结构极片，可以有效地提升电池的能量密度和倍率性能，铌具有良好的性质与多种价态，将铌元素应用于电极中，可满足不同电池需求。活性上层铌基材料的加入，能够进一步改善极片内部Li⁺的扩散，促进离子快速迁移，降低极化程度，提高电池倍率性能；同时保持电极材料结构稳定性，提高电池安全性能。

优选地，所述铌基材料包括氧化铌和/或铌基复合氧化物，所述铌基复合氧化物的化学式为M_xNb_yO_z，其中，M为Ti、Sn、Mn或W中的任意一种或至少两种的组合，x＝1，0.2≤y≤48，3.6≤z≤125。

优选地，以所述第一活性物质层的质量为100％计，所述铌基材料的质量分数为0.1～2％，例如：0.1％、0.5％、1％、1.5％或2％等。