一种正极片及锂离子电池的制作方法

本发明属于锂离子电池，具体涉及一种正极片及锂离子电池。

背景技术：

1、锂离子电池充放电过程是通过锂离子在正负极之间的嵌入和脱出实现的。充电时，锂离子从正极材料中脱出，通过电解液中的离子扩散嵌入负极；放电时，锂离子从负极材料中脱出，嵌入正极。为了避免锂离子在负极上嵌入过量引发的锂枝晶等问题，通常需要保证对应位置极片负极容量大于正极容量，并用np比来衡量负极过量比。在生产实践中，正负极片存在边缘效应，一方面，当活性材料涂敷在集流体上时，活性材料边缘部分受表面张力作用，会流平形成梯度薄区，薄区内的活性材料相较于极片体相内部区域梯度递减，脱嵌锂离子能力降低，且在空间上正负极材料相对距离更远，不利于锂离子的脱嵌。另一方面，在充电过程中，锂离子从正极活性材料脱嵌，穿过隔膜，嵌入负极活性材料，锂离子的迁移路径并非严格垂直于极片表面的最短路径，而是扩散式迁移，随之而来的，在极片内部区域，嵌入负极的锂离子均匀分布，但在极片边缘位置，来自正极的锂离子可能会扩散到更远离边缘的位置，这部分锂离子如果没有对应体量的负极活性材料承接，则可能在负极表面形成锂枝晶，锂枝晶刺穿隔膜，导致电池短路产生安全隐患。

技术实现思路

1、针对现有技术中过量锂离子向负极迁移形成锂枝晶造成的电池性能衰减问题，提供一种正极片及锂离子电池。

2、本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

3、本发明提供一种正极片，包括正极集流体、正极活性物质层和陶瓷绝缘层，所述正极活性物质层和所述陶瓷绝缘层均涂覆于所述正极集流体表面，所述正极活性物质层包括中间区和边缘区，所述边缘区位于所述中间区的边缘位置，所述陶瓷绝缘层覆盖于所述边缘区上背离所述正极集流体的表面。

4、可选的，沿远离所述中间区的方向所述边缘区的厚底逐渐降低，沿远离所述中间区的方向所述陶瓷绝缘层的厚度逐渐增大。

5、可选的，所述陶瓷绝缘层背离所述正极集流体的表面与所述中间区背离所述正极集流体的表面平齐过渡。

6、可选的，所述陶瓷绝缘层环绕所述中间区设置。

7、可选的，所述边缘区的宽度为0.1～10mm。

8、可选的，所述陶瓷绝缘层与所述边缘区的宽度差为h，且h满足0≤h≤1mm。

9、可选的，所述中间区的厚度为2μm～200μm，所述陶瓷绝缘层的最大厚度为2μm～200μm。

10、可选的，所述陶瓷绝缘层包括以下重量组分：

11、陶瓷材料60～95份和粘结剂40～5份。

12、可选的，所述陶瓷材料包括勃姆石、氧化铝及其改性氧化物、氧化钛及其改性氧化物中的一种或多种；所述粘结剂包括n-甲基吡咯烷酮、偏氟乙烯、聚四氟乙烯、偏氟乙烯-四氟乙烯-丙烯三元共聚物及含氟丙烯酸酯树脂中的一种或多种。

13、可选的，所述正极活性物质层包括以下重量组分：

14、正极活性材料90～100份、正极粘结剂0～5份和正极导电剂0～5份。

15、可选的，所述正极活性材料包括锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂镍钴氧化物、锂锰钴氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物、磷酸铁锂、磷酸铁锂与碳的复合物、磷酸锰锂、磷酸锰锂与碳的复合物、磷酸锰铁锂及磷酸锰铁锂与碳的复合物中的一种或多种；

16、所述正极粘结剂包括聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、偏氟乙烯-四氟乙烯-丙烯三元共聚物、含氟丙烯酸酯树脂中的一种或多种；

17、所述正极导电剂包括超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中的一种或多种。

18、可选的，所述正极集流体为金属箔片和复合集流体中的一种或多种。

19、一方面，本发明提供一种锂离子电池，包括正极片、负极片和隔膜，所述正极片为所述的正极片，所述正极片、所述隔膜和所述负极片层叠设置，所述隔膜位于所述正极片和所述负极片之间。

20、可选的，所述负极片包括负极集流体和负极活性物质层，所述负极活性物质层涂覆于所述负极集流体的表面，所述负极活性物质层在所述隔膜上的投影与所述正极活性物质层在所述隔膜上的投影重叠。

21、另一方面，本发明提供所述正极片的制备方法，包括以下步骤：

22、将正极浆料涂覆于正极集流体上，干燥形成正极活性物质层，所述正极活性物质层包括中间区和边缘区，所述边缘区位于所述中间区的边缘位置；

23、将陶瓷绝缘层浆料涂覆于所述正极活性物质层的边缘位置，且所述陶瓷绝缘层浆料覆盖所述边缘区上背离所述正极集流体的表面，干燥得到陶瓷绝缘层。

24、根据本发明提供的正极片，所述陶瓷绝缘层设置在正极活性物质层的中间区与边缘区交界及外延位置，可以阻隔正极活性物质层边缘区充放电时的锂脱嵌反应，既有效预防了正负极片边缘锂脱嵌时边缘效应产生的局部np比过低，又可以在负极片边缘锂枝晶生成后提供绝缘保护；另外，所述陶瓷绝缘层下覆盖的正极活性物质层中的活性锂离子，由于受到陶瓷涂层阻隔，无法在充放电过程中迁移，但是，随着电池充放电老化过程中，正极活性锂逐渐被消耗，正极片有效极片区域内的活性锂离子浓度降低，在陶瓷绝缘层下的正极材料中的活性锂，受浓度梯度驱动，在后续的充放电过程中，作为活性锂的补充来源向有效极片区域扩散，一定程度上弥补了电芯老化过程中的活性锂消耗，提高电池的使用寿命及性能。

技术特征：

1.一种正极片，其特征在于，包括正极集流体、正极活性物质层和陶瓷绝缘层，所述正极活性物质层和所述陶瓷绝缘层均涂覆于所述正极集流体表面，所述正极活性物质层包括中间区和边缘区，所述边缘区位于所述中间区的边缘位置，所述陶瓷绝缘层覆盖于所述边缘区上背离所述正极集流体的表面。

2.根据权利要求1所述的一种正极片，其特征在于，沿远离所述中间区的方向所述边缘区的厚底逐渐降低，沿远离所述中间区的方向所述陶瓷绝缘层的厚度逐渐增大。

3.根据权利要求2所述的一种正极片，其特征在于，所述陶瓷绝缘层背离所述正极集流体的表面与所述中间区背离所述正极集流体的表面平齐过渡。

4.根据权利要求1所述的一种正极片，其特征在于，所述陶瓷绝缘层环绕所述中间区设置。

5.根据权利要求1所述的一种正极片，其特征在于，所述边缘区的宽度为0.1～10mm。

6.根据权利要求1或5所述的一种正极片，其特征在于，所述陶瓷绝缘层与所述边缘区的宽度差为h，且h满足0≤h≤1mm。

7.根据权利要求1所述的一种正极片，其特征在于，所述中间区的厚度为2μm～200μm，所述陶瓷绝缘层的最大厚度为2μm～200μm。

8.根据权利要求1所述的一种正极片，其特征在于，所述陶瓷绝缘层包括以下重量组分：

9.根据权利要求8所述的一种正极片，其特征在于，所述陶瓷材料包括勃姆石、氧化铝及其改性氧化物、氧化钛及其改性氧化物中的一种或多种；所述粘结剂包括n-甲基吡咯烷酮、偏氟乙烯、聚四氟乙烯、偏氟乙烯-四氟乙烯-丙烯三元共聚物及含氟丙烯酸酯树脂中的一种或多种。

10.根据权利要求1所述的一种正极片，其特征在于，所述正极活性物质层包括以下重量组分：

11.根据权利要求10所述的一种正极片，其特征在于，所述正极活性材料包括锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂镍钴氧化物、锂锰钴氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物、磷酸铁锂、磷酸铁锂与碳的复合物、磷酸锰锂、磷酸锰锂与碳的复合物、磷酸锰铁锂及磷酸锰铁锂与碳的复合物中的一种或多种；

12.根据权利要求1所述的一种正极片，其特征在于，所述正极集流体为金属箔片和复合集流体中的一种或多种。

13.一种锂离子电池，其特征在于，包括正极片、负极片和隔膜，所述正极片为权利要求1～12任意一项所述的正极片，所述正极片、所述隔膜和所述负极片层叠设置，所述隔膜位于所述正极片和所述负极片之间。

14.根据权利要求13所述的锂离子电池，其特征在于，所述负极片包括负极集流体和负极活性物质层，所述负极活性物质层涂覆于所述负极集流体的表面，所述负极活性物质层在所述隔膜上的投影与所述正极活性物质层在所述隔膜上的投影重叠。

15.如权利要求1～12任意一项所述的正极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
为克服现有技术中过量锂离子向负极迁移形成锂枝晶造成的电池性能衰减问题，本发明提供了一种正极片，包括正极集流体、正极活性物质层和陶瓷绝缘层，所述正极活性物质层和所述陶瓷绝缘层均涂覆于所述正极集流体表面，所述正极活性物质层包括中间区和边缘区，所述边缘区位于所述中间区的边缘位置，所述陶瓷绝缘层覆盖于所述边缘区上背离所述正极集流体的表面。本发明提供的正极片，将陶瓷绝缘层涂覆在正极活性物质层中间区和边缘区接合并外延的位置，阻隔了边缘位置充放电时锂脱嵌，陶瓷绝缘层下覆盖的正极活性物质层中活性锂离子，在后续充放电中，作为活性锂补充来源，一定程度上弥补了电芯老化过程中的活性锂消耗，提高电池寿命及性能。

技术研发人员：吴烜,林栋,牟晓文,刘彦初,周贵树
受保护的技术使用者：比亚迪股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5