[發明專利]一種新型雙摻雜混合無鈷體系正極片，鋰離子電池

在審

• 申請號: 202110885854.2
• 申請日: 2021-08-03
• 公開（公告）號: CN113611838A
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 蔣大明;郭鑫;周翠芳;張萍;汪輝;韓乃旺;婁忠良
• 申請（專利權）人: 天能帥福得能源股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/58;H01M4/13;H01M4/139;H01M10/0525
• 代理公司: 南昌合達信知識產權代理事務所(普通合伙) 36142
• 代理人: 張靜

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種新型雙摻雜混合無鈷體系正極片及包含該正極片的鋰離子電池，所述正極片包括正極集流體和涂覆在正極集流體上的正極涂層，正極涂層的組分包括正極活性物質，所述正極活性物質為錳酸鋰、磷酸錳鐵鋰和富鋰錳基正極材料組成的混合物。本發明將磷酸錳鐵鋰、錳酸鋰、富鋰錳基正極材料混合搭配使用，錳酸鋰低成本、高安全，磷酸錳鐵鋰提供高容量，長循環，富鋰錳基正極材料改善錳酸鋰的高溫性能和高溫循環性能。使用本發明正極片的電池的能量密度、高溫和循環、安全性能均明顯優于純錳酸鋰材料的電池，并且由于極片中沒有三元材料，因此也顯著降低了電池的制造成本。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種新型雙摻雜混合無鈷體系正極片，鋰離子電池。

背景技術

電動汽車、電動自行車和電動工具等領域對鋰離子電池的需求量逐年增加。在不久的將來鋰離子電池的產量必將迎來一段時間的爆發式增長。

現有鋰離子電池正極材料有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料等，其中鈷酸鋰能量密度高，壓實密度高，但是循環性能一般、且含有稀缺元素鈷，價格昂貴；錳酸鋰具有價格便宜、錳資源豐富、安全性好的特點，但是克容量偏低，且循環性能、高溫性能差；磷酸鐵鋰具有安全、循環性能好、價格低等優勢，但壓實密度低、電子電導率差、電壓平臺低，僅為3.2V，難以搭配與錳酸鋰或鎳鈷錳酸鋰等材料混搭使用；鎳鈷錳酸鋰材料具有克容量高，循環性能好等優勢，但同樣含有鈷，且安全性很差。

與磷酸鐵鋰相比，磷酸錳鐵鋰具有4.0V左右的高電位，以及與磷酸鐵鋰相同的理論容量，在同等容量的前提下，磷酸錳鐵鋰電池比磷酸鐵鋰電池能量密度高近20％。且與磷酸鐵鋰相比，磷酸錳鐵鋰與其具有同樣地循環和安全性能。

發明內容

本發明的第一個目的是針對現有電池材料體系技術中所存在的問題，提供新型雙摻雜混合無鈷體系正極片，發揮各材料的優勢取長補短；本發明的第二個目的提供一種包含上述正極片的鋰離子電池。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種新型雙摻雜混合無鈷體系正極片，包括正極集流體和涂覆在所述正極集流體上的正極涂層，所述正極涂層的組分包括正極活性物質、正極導電劑、正極粘結劑，所述正極活性物質為錳酸鋰、磷酸錳鐵鋰和富鋰錳基正極材料組成的混合物；

本發明中作為基體材料的錳酸鋰具有較大的粒徑，而作為摻混材料的磷酸錳鐵鋰分別具有中等的粒徑和較小的粒徑；在混合過程中，小顆粒粒徑的磷酸錳鐵鋰接力可以填入大粒徑的錳酸鋰顆粒的空隙中，從而提升作為復合材料的正極活性材料的壓實密度與體積能量密度，進而提高容量性能，基體材料中加入富鋰錳基正極材料，有助于改善純錳酸鋰材料電芯的高溫性能。

優選地，所述錳酸鋰具有尖晶石型晶體結構，化學式為LiMn₂O₄；所述磷酸錳鐵鋰具有斜方晶的橄欖石型晶體結構，化學式為LiMn_xFe_1-xPO₄，其中0.5≤x1.0；所述富鋰錳基正極材料具有層狀結構，化學式為xLi₂MnO₃(1-x)LiMO₂，其中，M＝Ni、Mn。

優選地，所述正極涂層以百分比計包括以下組分：10～90％wt錳酸鋰，3～25％wt磷酸錳鐵鋰，3～25％wt富鋰錳基正極材料，0.3～4％wt正極導電劑，0.3～4％wt正極粘結劑。

優選地，所述正極導電劑為炭黑、碳納米管、導電石墨、碳纖維中的一種或兩種以上的混合物。

優選地，所述正極粘結劑為聚偏氟乙烯。

優選地，所述正極片的制備包含以下步驟：

S1.按比例分別稱量錳酸鋰、磷酸錳鐵鋰、富鋰錳基正極材料、正極導電劑、正極導電劑，加入N-甲基吡咯烷酮作為溶劑攪拌均勻，得到漿料；