[發明專利]一種高容量鋰電池正極片和鋰電池

在審

• 申請號: 202111275164.1
• 申請日: 2021-10-29
• 公開（公告）號: CN114050227A
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 樊鋮;孫克寧;林振康
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M4/139;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京思創大成知識產權代理有限公司 11614
• 代理人: 高爽

本發明屬于鋰電池領域，涉及一種高容量鋰電池正極片和鋰電池。該正極片包括金屬箔和負載其上的活性物質層，按質量分數計，所述活性物質層由正極活性物質70wt％～98wt％和導電聚合物2wt％～30wt％組成；所述高容量鋰電池正極片的制備方法包括如下步驟：先將所述正極活性物質與所述導電聚合物進行混合得到混合物；再加入到去離子水或者有機溶液中混合均勻，然后采用高能球磨進行機械活化，得到漿料；最后所述漿料均勻地涂抹在金屬箔表面，將帶有活性物質的金屬箔送入真空干燥箱內進行干燥，得到帶有活性物質的金屬箔，壓實后得到全活性正極片。本發明大大提高了正極片的活性物質比例與比容量，有助于提高電池的能量密度。

技術領域

本發明屬于鋰電池領域，具體地，涉及一種高容量鋰電池正極片和鋰電池。

背景技術

高能量密度是儲能器件未來的重要發展方向，鋰離子電池作為一類性能優異的儲能器件在過去的幾十年中大放異彩。然而，傳統鋰離子電池正極材料的比容量已逼近理論值，具有高比容量的新型正極材料的開發與應用仍需漫長的理論研究與應用驗證。如何在不改變正極活性材料的前提下進一步提升鋰電池的能量密度成為領域內廣泛關注的熱點問題。

在實際應用中，為了保障電極材料的離子和電子輸運能力及其在長期使用過程中的循環穩定性，需要在電極層面引入大量非活性成分(如導電劑、粘結劑等)，從而使得電極的克容量通常小于材料的理論比容量。因此，如何既保證電極的電化學性質又能夠在電極層面上充分發揮材料的理論比容量，是學術界和產業界的重要研究方向。

發明內容

本發明的目的是為了解決由于電極層面的大量非活性成分加入而使得電極克容量明顯小于材料的理論比容量的問題，提供一種以具有電化學活性的導電聚合物代替原正極配方中粘結劑、導電碳的方案，制備的正極極片由全部具有電化學活性的物質組成，形成具有全電化學活性的正極片，提高了正極片的活性物質比例與克容量，從而提高了電池的能量密度。

為了實現上述目的，本發明的第一方面提供一種高容量鋰電池正極片，包括金屬箔和負載其上的活性物質層，按質量分數計，所述活性物質層由正極活性物質70wt％～98wt％和導電聚合物2wt％～30wt％組成；所述高容量鋰電池正極片的制備方法包括如下步驟：

步驟(1)將所述正極活性物質與所述導電聚合物進行混合而得到混合物；

步驟(2)將所述混合物加入到去離子水或者有機溶液中混合均勻，然后采用高能球磨進行機械活化，得到漿料；

步驟(3)將所述漿料均勻地涂抹在金屬箔表面，將帶有活性物質的金屬箔送入真空干燥箱內進行干燥，得到帶有活性物質的金屬箔，壓實后得到全活性正極片。

本發明中，將具有電化學活性的導電聚合物代替原正極配方中粘結劑、導電碳，得到的全化學活性的正極片，通過提升活性物質的單位質量/體積的比能量，從而提升鋰電池的能量密度。

根據本發明，優選地，所述步驟(2)中混合溫度為10～60℃。

根據本發明，優選地，所述步驟(2)中的有機溶劑為N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺和二甲苯中的至少一種，優選為N-甲基吡咯烷酮。

根據本發明，優選地，所述金屬箔為鋁箔、涂碳鋁箔或鋁合金箔。

根據本發明，優選地，所述步驟(2)中，按質量分數計算，固體為67wt％～91wt％，液體為9wt％～33wt％。

根據本發明，優選地，所述真空干燥箱溫度為80～150℃，真空度為0.08～0.1MPa。

根據本發明，優選地，所述導電聚合物為聚吡咯和/或聚苯胺中的一種。

本發明中，聚吡咯和聚苯胺可以作為粘合劑使用，直接與正極活性物質和金屬箔粘合在一起，同時可作為導電劑，提高正極片的導電性，補償正極活性物質的電子導電性，有效提高正極片的有效容量和穩定性。