鋰電池復合正極片、鋰電池復合負極片及其制備方法、鋰電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋰電池復合正極片、鋰電池復合負極片及其制備方法、鋰電池，屬 于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋰離子電池以其能量密度高、循環(huán)性能好、環(huán)境友好而廣泛應用于通訊、數(shù)碼、電 動汽車等領(lǐng)域。隨著鋰離子電池應用范圍的不斷擴大，人們對鋰離子電池的性能提出了越 來越高的要求。影響鋰離子電池性能的主要因素是電池材料，其中又以正負極材料對鋰離 子電池的性能影響最大，如常用的正極材料鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、三元材料等，常用的 負極材料天然石墨、、人造石墨、中間相碳微球、鈦酸鋰等。但是，從目前的研究成果來看，應 用廣泛的幾種鋰電池正極材料和負極材料的性能提升空間均非常有限。
[0003] 單獨某一種正極材料或者負極材料還存在著不同的缺陷，也影響著鋰離子電池性 能的發(fā)揮。在常用的正極材料中，鈷酸鋰材料的性能穩(wěn)定、比容量高但是成本較高，磷酸鐵 鋰材料安全性能好但是能量密度低，錳酸鋰材料成本低但是循環(huán)性能較差，三元材料的能 量密度高但是安全性差。在常用的負極材料中，石墨材料循環(huán)性能好但是倍率性能和低溫 性能較差，鈦酸鋰倍率性能和低溫性能好但是容量偏低。
[0004] 為滿足市場對鋰離子電池高能量密度、高安全性能、高循環(huán)性能、優(yōu)異的低溫倍率 性能的需求，采用將不同的電極材料混合使用是克服各種材料之間缺點并提高鋰電池綜合 性能的理想方式。公開號為CN104300123A的中國發(fā)明專利公開了一種混合正極材料及使 用該正極材料的正極片和鋰離子電池，其通過將三元材料與磷酸鐵鋰混合，制備出的鋰離 子電池具有較高的能量密度和安全性能。但是其存在材料均勻性差、電池一致性差等缺點， 其原因可能是不同的電極材料在混合時由于性質(zhì)差異較大而引起的分散不均勻?qū)е碌摹?br>[0005] 制備具有多層電極材料層的極片是克服不同電極材料的缺點的另一種方式。公開 號為CN1881660A的中國發(fā)明專利（公開日期為2006年12月20日）公開了一種二次鋰離 子電池用的具有綜合性能的正極片及一種二次鋰離子電池用的具有綜合性能的負極片，其 正極片包括正極集流體鋁箱以及涂覆在鋁箱上的正極底層，正極底層上涂覆正極頂層，正 極底層和正極頂層均包括正極活性物質(zhì)、膠粘劑，其正極底層和正極頂層中的正極活性物 質(zhì)均為常用的正極材料。該專利中公開的負極片包括負極集流體銅箱以及涂覆在銅箱上的 負極底層，負極底層上涂覆負極頂層，負極底層和負極頂層均包括負極活性物質(zhì)、膠粘劑， 其負極底層和負極頂層中的負極活性物質(zhì)均為常用的負極材料。這種方式克服了不同電極 材料混合時存在的一致性問題，將不同的電極材料分別合漿，涂布，有利于提高材料的均勻 性和電池的一致性。但是，這種極片上采用不同的正極材料或者不同的負極材料分層涂覆 在集流體上，不同電極材料層之間容易出現(xiàn)較大的電位差，容易在局部導致電極材料的結(jié) 構(gòu)發(fā)生變化，影響電池的循環(huán)性能。而且這種極片容易導致不同電極材料層之間出現(xiàn)較大 的層間電阻，進而提高了極片的內(nèi)阻，不利于提高電池的倍率性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、內(nèi)阻較小的鋰電池復合正極片，并提供上 述鋰電池復合正極片的制備方法及使用該鋰電池復合正極片的鋰電池。本發(fā)明的目的還在 于提供一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、內(nèi)阻較小的鋰電池復合負極片，并提供上述鋰電池復合負極片的制 備方法及使用該鋰電池復合負極片的鋰電池。
[0007] 為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的鋰電池復合正極片的技術(shù)方案如下：
[0008] -種鋰電池復合正極片，包括正極集流體及涂覆在正極集流體上的包括正極材 料的正極底層和正極頂層，所述正極底層和正極頂層之間設(shè)置有過渡層，所述過渡層包括 LiAlO2、粘結(jié)劑，所述LiAlO2、粘結(jié)劑的質(zhì)量比為10-20 :2. 5-5. 0。
[0009] 本發(fā)明的鋰電池復合正極片在集流體上涂覆的兩層正極材料層及正極底層和正 極頂層之間涂覆一層LiAlO2過渡層，該過渡層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能夠減弱不同正極材料層之間的 電位差而導致的結(jié)構(gòu)變化，提高了使用該復合正極片的鋰電池的循環(huán)性能。LiAlO2具有非 常強的離子導電性，處于兩層正極材料層之間的LiAlO2過渡層能夠大幅度提高鋰離子在不 同層間的傳導速率，提高了復合正極片的導電率，減小層與層之間的界面電阻，降低了復合 正極片的整體內(nèi)阻，有利于提高使用該復合正極片的鋰電池的倍率性能。另外，LiAlO2過渡 層還具有較好的熱量傳輸性能，能將靠近正極集流體的正極底層產(chǎn)生的熱量及時傳遞到處 于外層的正極頂層，有利于及時散熱，避免了熱量在材料中間積聚。
[0010] 正極底層、過渡層、正極頂層的厚度會影響過渡層的作用發(fā)揮，當正極底層和正極 頂層的厚度較大時，過渡層的厚度較小會導致其對正極底層和正極頂層的導電性提高有 限，不能充分起到提高復合正極片導電率的作用；如果正極底層和正極頂層的厚度較小而 過渡層的厚度過大則會導致復合正極片的容量下降，因此過渡層的厚度選擇一個合適的厚 度即可，一般的通過正極底層、過渡層、正極頂層的質(zhì)量來控制其厚度，所述正極底層、過渡 層、正極頂層的質(zhì)量比為531~851 :37. 5~75 :372. 3~521. 3。在鋰離子電池制造領(lǐng)域， 正極材料層的厚度相對固定，因此，一般的，過渡層的厚度為1-5 μ m。 toon] 對于安全性較差的正極材料層設(shè)置在靠近正極集流體的位置作為正極底層，可以 依靠過渡層的對其形成保護，避免其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，如正極底層為鎳鈷錳三元材料層。
[0012] 將處于外層的正極頂層的正極活性物質(zhì)選擇具有良好熱穩(wěn)定性的正極活性物質(zhì)， 有利于散熱的同時保證材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，將處于外層的正極頂層的正極活性物質(zhì)選擇具 有良好吸液能力的正極活性物質(zhì)，可以將電解液及時地傳遞至處于內(nèi)層的正極底層，避免 了正極底層與電解液接觸困難而導致的充放電性能下降，有利于提高電池的循環(huán)性能。磷 酸鐵鋰材料具有良好的熱穩(wěn)定性并且具有較大的比表面積有良好的吸收電解液的能力，因 此，所述正極頂層優(yōu)選為磷酸鐵鋰層，可以起到利于散熱、保證材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及提高復合正 極片吸液能力的作用。
[0013] 為了提高各層之間的導電性，所述正極底層、正極頂層和過渡層均包括導電劑。正 極底層、正極頂層還包括粘結(jié)劑，正極底層、正極頂層中的正極活性物質(zhì)、導電劑、粘結(jié)劑的 質(zhì)量比可以采用現(xiàn)有技術(shù)中鋰電池正極片常用的比例，本發(fā)明中優(yōu)選為100 :3. 2 :3. 2。
[0014] 過渡層中粘結(jié)劑的量不宜過大，否則會導致過渡層的電阻增大，不利于提高復合 正極片正極材料層間的導電性，粘結(jié)劑的使用量過小又會導致粘結(jié)強度降低，在電池循環(huán) 過程中造成正極頂層脫落，降低電池的循環(huán)性能，一般的，LiAlO2、導電劑、粘結(jié)劑的質(zhì)量比 為 10-20 :2. 5-5. 0 :2· 5-5. 0。
[0015] 導電劑可使用本領(lǐng)域常用的導電劑，如SP、CNT、VGCF、石墨烯中的一種。
[0016] 粘結(jié)劑可使用本領(lǐng)域常用的粘結(jié)劑，如PVDF、LA132中的一種。
[0017] 本發(fā)明的鋰電池復合正極片的制備方法的技術(shù)方案如下：
[0018] 本發(fā)明的鋰電池復合正極片的制備方法包括如下步驟：
[0019] 將底層正極活性物質(zhì)、粘結(jié)劑與正極溶劑混勻，制得底層正極漿料；
[0020] 將頂層正極活性物質(zhì)、粘結(jié)劑與正極溶劑混勻，制得頂層正極漿料；
[0021] 將LiAlO2、粘結(jié)劑與正極溶劑混勻，制得正極LiAlO2漿料；
[0022] 將底層正極漿料涂覆在正極集流體表面，干燥，得第一涂覆正極片；
[0023] 將正極LiAlO2漿料涂覆在第一涂覆正極片表面，得第二涂覆正極片；
[0024] 將頂層正極漿料涂覆在第二涂覆正極片表面，干燥，即