正极及其制备方法和应用与流程

本发明属于电池领域，具体涉及一种正极及其制备方法和应用。

背景技术：

随着电动车的发展，对动力电池能量密度(目前正常水平180～230wh/kg)的要求越来越高。作为电动车的核心部件，动力电池的能量密度影响整车设计，包含整车性能及成本控制，高能量密度动力电池可以有效控制整车重量及其他零部件设计，另外动力电池在电动车中成本占比将近50％，提高动力电池能量密度将可以降低机械件等非能量单元的成本，从而有效控制整车成本。

目前提高动力电池能量密度的方法包括如下三种：

(1)负极方面：高Ni体系，通过提高负极材料中Ni含量来提高负极单位重量的容量发挥，目前电芯级别技术状态和水平为240～280wh/kg；高压体系，通过提高负极材料充电过程的上限电压来提高负极单位重量的容量发挥，目前电芯级别技术状态和水平为 230～260wh/kg；

(2)正极方面：合金掺杂，通过添加Si/SiO2合金来提高正极单位重量的容量发挥，目前电芯级别技术状态和水平为250～350wh/kg；

(3)工艺方面：通过提高正负极涂布重量，降低基材(铝箔铜箔)和隔膜厚度来提高单位重量的有效容量发挥，目前电芯级别技术状态和水平为230～270wh/kg。

然而上述提高动力电池能量密度的技术存在以下缺陷：

(1)负极方面：高Ni体系，Ni含量的提高降低了负极析氧的电位，从而带来电芯高产气风险，其将恶化电芯长期可靠性，如循环寿命、存储寿命以及电芯膨胀控制，同时较高的Ni含量降低了负极材料发生热失控的温度阈值，其将恶化电芯相关应用下的安全，如高温、过充、挤压等；高压体系，负极上限使用电压的增加提高了充电末端负极的氧化性，其对电解液及隔膜的氧化将加速，从而恶化产气，对于长期可靠性带来不利影响；

(2)正极方面：合金掺杂，添加的Si/SiO2在充放电过程有非常大的收缩膨胀，随着循环的进行，正极在较高的收缩膨胀比下将出现脱膜掉粉现象，同时影响正极表面SEI膜的稳定和完整，极大恶化了电芯的长期使用寿命和容量保持；

(3)工艺方面：正负极涂布重量的提高将恶化电芯的功率、充电窗口和长期循环寿命，同时对于工艺和设备也带来极大的挑战；基材(铝箔铜箔)的降低主要影响工艺制造，薄基材在电芯制造过程容易断裂，严重影响电芯制程优率，从而提高的成本；隔膜作为隔断正负极直接接触短路的部件，其厚度对于电芯内短路安全的控制至关重要，降低厚度将带来电芯内短路的安全风险。

因此，现有提高动力电池能量密度的技术有待探究。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种正极及其制备方法和应用，采用该正极可以在有效控制正极单位面积容量不高于负极单位面积容量情况下正极中锂部分以锂金属合金形式存储，从而在维持现有成熟化学体系、成熟基材和隔膜应用及工艺水平下，有效提高电芯能量密度(由现有的 180～230wh/kg上提高到230～280wh/kg)，并保证电性能、可靠性及安全性能满足目前动力电芯要求。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种正极。根据本发明的实施例，所述正极包括：

正极集流体；

第一正极活性物质层，所述第一正极活性物质层形成在所述正极集流体表面上；

多孔金属层，所述多孔金属层形成在所述第一正极活性物质层表面上；

第二正极活性物质层，所述第二正极活性物质层形成在所述多孔金属层表面上。

根据本发明实施例的正极，通过在第一正极活性物质层和第二正极活性物质层之间布置多孔金属层，使得该正极单位面积容量不高于现有锂离子电池负极的单位面积容量，即装载该正极的锂离子电池中正极的单位面积容量与负极的单位面积容量比值不高于1，该多孔金属层中的多孔金属易和锂反应形成合金，在充电过程中，锂离子通过远离正极集流体的第二正极活性物质层到达多孔金属层，部分锂离子和多孔金属反应生成锂金属合金，另一部分锂离子通过多孔金属的孔洞迁移到第一正极活性物质层，并完成嵌入，由于锂金属合金形成电位高于在第一正极活性物质层的嵌入电位，因此大量锂离子将以锂金属合金形式存在，并沿着多孔金属生长排布，从而可以有效控制正极的单位面积容量与负极的单位面积容量比值不高于1时正极上锂金属合金的位置和形状，一方面避免在正极上沉积生成不规则的尖刀状锂枝晶而导致刺穿隔膜带来的安全问题；再一方面由于锂金属合金的能量密度远远高于LiC6，这将大大提高电芯的能量密度。由此，采用该正极可以在有效控制正极单位面积容量不高于负极单位面积容量情况下正极中锂部分以锂金属合金形式存储，从而在维持现有成熟化学体系、成熟基材和隔膜应用及工艺水平下，有效提高电芯能量密度(由现有的180～230wh/kg上提高到230～280wh/kg)，并保证电性能、可靠性及安全性能满足目前动力电芯要求。

另外，根据本发明上述实施例的正极还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述多孔金属层的孔洞形状为圆形或多边形。由此，可以提高电芯能量密度。

在本发明的一些实施例中，所述孔洞尺寸为0.1～10mm。由此，可以在保证电解液中锂离子顺利向第一正极活性物质层迁移的同时避免该正极的强度。

在本发明的一些实施例中，相邻两个所述孔洞的间隙为0.5～30mm。由此，可以在保证电解液中锂离子顺利向第一正极活性物质层迁移的同时避免该正极的强度。

在本发明的一些实施例中，所述第一正极活性物质层和所述第二正极活性物质层分别独立地包括石墨材料和Si-SiO2合金材料中的至少之一。

在本发明的一些实施例中，所述正极包括多层所述多孔金属层，相邻所述多孔金属层之间布置所述第一正极活性物质层或所述第二正极活性物质层，并且所述正极集流体上最远端为所述第一正极活性物质层或所述第二正极活性物质层。

在本发明的一些实施例中，所述正极集流体上最远端对应的所述第一正极活性物质层或所述第二正极活性物质层占所述正极总质量的5～95％。

在本发明的一些实施例中，单层所述多孔金属层的厚度为2～20μm。由此，可以在保证电芯能量密度的同时避免正极的撕裂。

在本发明的一些实施例中，所述多孔金属层包括金属铝、金属锡、铝锡合金、铝铜合金和铝铜铁合金中的至少之一。

在本发明的第二个方面，本发明提出了一种制备上述正极的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：

(1)将第一正极活性物质、粘结剂、导电剂和增稠剂进行混合，以便得到第一正极浆料；

(2)将所述第一正极浆料施加在正极集流体表面上，以便在所述正极集流体表面上形成第一正极活性物质层；

(3)将多孔金属施加在所述第一正极活性物质层上，以便在所述第一正极活性物质层表面上形成多孔金属层；

(4)将第二正极活性物质、粘结剂、导电剂和增稠剂进行混合，以便得到第二正极浆料；

(5)将所述第二正极浆料施加在多孔金属层表面上，以便得到正极。

根据本发明实施例的制备上述正极的方法，通过将包括第一正极活性物质、粘结剂、导电剂和增稠剂的第一正极浆料施加在正极集流体表面上，使得在正极集流体表面上形成第一正极活性物质层，然后将多孔金属施加在第一正极活性物质层上，使得在第一正极活性物质层表面上形成多孔金属层；最后将包括第二正极活性物质、粘结剂、导电剂和增稠剂的第二正极浆料施加在多孔金属层表面上，使得在多孔金属层表面形成第二正极活性物质层，即通过在第一正极活性物质层和第二正极活性物质层之间布置多孔金属层，使得该正极单位面积容量不高于现有锂离子电池负极的单位面积容量，即装载该正极的锂离子电池中正极的单位面积容量与负极的单位面积容量比值不高于1，该多孔金属层中的多孔金属易和锂反应形成合金，在充电过程中，锂离子通过远离正极集流体的第二正极活性物质层到达多孔金属层，部分锂离子和多孔金属反应生成锂金属合金，另一部分锂离子通过多孔金属的孔洞迁移到第一正极活性物质层，并完成嵌入，由于锂金属合金形成电位高于在第一正极活性物质层的嵌入电位，因此大量锂离子将以锂金属合金形式存在，并沿着多孔金属生长排布，从而可以有效控制正极的单位面积容量与负极的单位面积容量比值不高于 1时正极上锂金属合金的位置和形状，一方面避免在正极上沉积生成不规则的尖刀状锂枝晶而导致刺穿隔膜带来的安全问题；再一方面由于锂金属合金的能量密度远远高于LiC6，这将大大提高电芯的能量密度。由此，采用该方法得到的正极可以在有效控制正极单位面积容量不高于负极单位面积容量情况下正极中锂部分以锂金属合金形式存储，从而在维持现有成熟化学体系、成熟基材和隔膜应用及工艺水平下，有效提高电芯能量密度(由现有的180～230wh/kg上提高到230～280wh/kg)，并保证电性能、可靠性及安全性能满足目前动力电芯要求。

在本发明的第三个方面，本发明提出了一种锂离子电池。根据本发明的实施例，所述锂离子电池包括正极、负极、电解液和隔膜，所述正极为上述的正极或采用上述的方法得到的正极，其中，所述正极的单位面积容量与所述负极的单位面积容量比值不高于1，优选0.4～0.7。由此，通过装载上述具有较高能量密度和安全性能的正极，使得该锂离子电池具有优异的能量密度、电性能、可靠性和安全性能，从而满足目前动力电芯要求。

在本发明的一些实施例中，所述负极包括金属氧化物材料，所述金属氧化物材料化学式为LiNixCoyMnzFeaAlbPcO2，其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤a≤1，0≤b≤0.8， 0≤c≤4。

在本发明的第四个方面，本发明提出了一种车辆。根据本发明的实施例，所述车辆包括上述的锂离子电池。由此，通过装载上述具有优异能量密度、电性能、可靠性和安全性能的锂离子电池，使得该车辆具有优异的续航里程及较低的整车成本。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的正极的结构示意图；

图2是根据本发明再一个实施例的制备上述正极的方法流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种正极。根据本发明的实施例，参考图1，该正极包括正极集流体100、第一正极活性物质层200、多孔金属层300和第二正极活性物质层400。

根据本发明的实施例，本领域技术人员可以根据实际需要对正极集流体100的材质进行选择，例如正极集流体100为铜箔集流体。

根据本发明的实施例，参考图1，第一正极活性物质层200形成在正极集流体100表面上，并且该第一正极活性物质层200包括可以进行锂嵌入和脱出的材料，例如包括石墨材料和Si-SiO2合金材料中的至少之一，其中，石墨材料包括天然石墨、人造石墨、软碳和硬碳中的至少之一。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对该第一正极活性物质层200的厚度进行选择，此处不再赘述。

根据本发明的实施例，参考图1，多孔金属层300形成在第一正极活性物质层200表面上，并且多孔金属层300包括易和锂反应形成合金的金属，例如包括金属铝、金属锡、铝锡合金、铝铜合金和铝铜铁合金中的至少之一。发明人发现，通过在第一正极活性物质层表面布置多孔金属层，使得该正极单位面积容量不高于现有锂离子电池负极的单位面积容量，即装载该正极的锂离子电池中正极的单位面积容量与负极的单位面积容量比值不高于1。

进一步地，本领域技术人员可以根据实际需要对上述多孔金属层300的孔洞形状进行选择，例如孔洞可以为圆形或多边形，其中多边形包括三角形、四边形或五边形等；并且孔洞尺寸为0.1～10mm。发明人发现，若孔洞尺寸过小，影响电解液向第一正极活性物质层的浸润以及锂离子的迁移，而若孔洞尺寸过大，影响正极的强度，导致其易断裂。同时相邻两个孔洞间隙为0.5～30mm。发明人发现，过相邻两个孔洞间隙过大，影响正极的强度，导致其易断裂，而若相邻两个孔洞间隙过小，影响电解液向第一正极活性物质层的浸润以及锂离子的迁移。需要说明的是，多孔金属层300中的孔洞形状可以为一种或多种的组合。

根据本发明的实施例，参考图1，第二正极活性物质层400形成在多孔金属层300表面上，并且该第二正极活性物质层400包括可以进行锂嵌入和脱出的材料，例如包括石墨材料和Si-SiO2合金材料中的至少之一，其中，石墨材料包括天然石墨、人造石墨、软碳和硬碳中的至少之一。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对该第二正极活性物质层400的厚度进行选择，并且该第二正极活性物质层400的组成与第一正极活性物质层200的组成可以相同也可以不同，同时第一正极活性物质层200和第二正极活性物质层 400中活性物质颗粒尺寸大小及形状可以为一样，也可以不一样。

发明人发现，通过在第一正极活性物质层和第二正极活性物质层之间布置多孔金属层，使得该正极单位面积容量不高于现有锂离子电池负极的单位面积容量，即装载该正极的锂离子电池中正极的单位面积容量与负极的单位面积容量比值不高于1，该多孔金属层中的多孔金属易和锂反应形成合金，在充电过程中，锂离子通过远离正极集流体的第二正极活性物质层到达多孔金属层，部分锂离子和多孔金属反应生成锂金属合金，另一部分锂离子通过多孔金属的孔洞迁移到第一正极活性物质层，并完成嵌入，由于锂金属合金形成电位高于在第一正极活性物质层的嵌入电位，因此大量锂离子将以锂金属合金形式存在，并沿着多孔金属生长排布，从而可以有效控制正极的单位面积容量与负极的单位面积容量比值不高于1时正极上锂金属合金的位置和形状，一方面避免在正极上沉积生成不规则的尖刀状锂枝晶而导致刺穿隔膜带来的安全问题；再一方面由于锂金属合金的能量密度远远高于 LiC6，这将大大提高电芯的能量密度。由此，采用该正极可以在有效控制正极单位面积容量不高于负极单位面积容量情况下正极中锂部分以锂金属合金形式存储，从而在维持现有成熟化学体系、成熟基材和隔膜应用及工艺水平下，有效提高电芯能量密度(由现有的 180～230wh/kg上提高到230～280wh/kg)，并保证电性能、可靠性及安全性能满足目前动力电芯要求。

进一步地，上述正极包括多层多孔金属层300，并且相邻多孔金属层300之间布置第一正极活性物质层200或第二正极活性物质层400，同时正极集流体100上最远端为第一正极活性物质层200或第二正极活性物质层400，其中不同层的第一正极活性物质层200 中的活性物质可以为一种，也可以为不同种，同理不同层的第二正极活性物质层400中的活性物质可以为一种，也可以为不同种。另外，不同层的多孔金属层300中的孔洞可以相同也可以不同，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。

优选地，单层多孔金属层300的厚度为2～20μm。发明人发现，若多孔金属层300的厚度过小，则多孔金属层300易断裂，制作优率低成本高，而若多孔金属层300厚度过高，会导致占用正极空间过多，导致电芯整体空间利用率下降，其能量密度相应下降。需要说明的是，本文中，如无特殊说明，多孔金属层300的厚度均指正极集流体100上单侧上对应单层多孔金属层厚度。

进一步地，正极集流体300上最远端对应的第一正极活性物质层200或第二正极活性物质层400占正极总质量的5～95％。需要解释的是，“正极集流体300上最远端”可以理解为正极集流体300上距离正极集流体300最远的一端，即其最外侧一端，若正极集流体300 上对应最外侧一端为第一正极活性物质层200，则此处应理解为正极集流体100上最远端对应的第一正极活性物质层200占正极总质量的5～95％，而若正极集流体300上对应最外侧一端为第二正极活性物质层400，则此处应理解为正极集流体100上最远端对应的第二正极活性物质层200占正极总质量的5～95％。

需要说明的是，本申请的图1中只示出了正极集流体上单侧涂覆的情形，本领域技术人员可以根据实际需要选择在正极集流体上进行单侧涂覆或双侧涂覆。

在本发明的第二个方面，本发明提出了一种制备上述正极的方法。根据本发明的实施例，参考图2，该方法包括：

S100：将第一正极活性物质、粘结剂、导电剂和增稠剂进行混合

该步骤中，将第一正极活性物质、粘结剂、导电剂和增稠剂进行混合，得到第一正极浆料。具体的，第一正极活性物质包括可以进行锂嵌入和脱出材料，例如包括石墨材料和 Si-SiO2合金材料中的至少之一，其中，石墨材料包括天然石墨、人造石墨、软碳和硬碳中的至少之一。

需要说明的是，该步骤中粘结剂、导电剂和增稠剂均为本领域制备正极过程常规使用的物料，本领域技术人员可以根据实际需要，此处不再赘述。

S200：将第一正极浆料施加在正极集流体表面上

该步骤中，将上述得到的第一正极浆料施加在正极集流体表面上，以便在正极集流体表面上形成第一正极活性物质层。具体的，采用凹版、微凹版或转移涂布方式完成正极集流体表面第一正极浆料的涂覆，然后对涂覆完成的正极集流体进行干燥，使得第一正极浆料固化，从而在正极集流体表面形成第一正极活性物质层。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对该第一正极活性物质层的厚度进行选择，此处不再赘述。

S300：将多孔金属施加在第一正极活性物质层上

该步骤中，将多孔金属辊压在第一正极活性物质层上，以便在第一正极活性物质层表面上形成多孔金属层。其中，多孔金属包括易和锂反应形成合金的金属，例如包括金属铝、金属锡、铝锡合金、铝铜合金和铝铜铁合金中的至少之一。

S400：将第二正极活性物质、粘结剂、导电剂和增稠剂进行混合

该步骤中，将第二正极活性物质、粘结剂、导电剂和增稠剂进行混合，以便得到第二正极浆料。具体的，第二正极活性物质包括可以进行锂嵌入和脱出材料，例如包括石墨材料和Si-SiO2合金材料中的至少之一，其中，石墨材料包括天然石墨、人造石墨、软碳和硬碳中的至少之一。

需要说明的是，该步骤中粘结剂、导电剂和增稠剂均为本领域制备正极过程常规使用的物料，本领域技术人员可以根据实际需要，同时，第二正极浆料的组成与第一正极浆料的组成可以相同也可以不同，同时第一正极浆料和第二正极浆料中活性物质颗粒尺寸大小及形状可以为一样，也可以不一样，此处不再赘述。

S500：将第二正极浆料施加在多孔金属层表面上

该步骤中，将上述得到的第二正极浆料施加在多孔金属层表面上，即在多孔金属层表面上形成第二正极活性物质层，得到正极。具体的，采用凹版、微凹版或转移涂布方式完成多孔金属层表面第二正极浆料的涂覆，然后对涂覆完成的正极集流体进行干燥，使得第二正极浆料固化，从而在多孔金属层表面形成第二正极活性物质层。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对该第二正极活性物质层的厚度进行选择，此处不再赘述。

发明人发现，通过将包括第一正极活性物质、粘结剂、导电剂和增稠剂的第一正极浆料施加在正极集流体表面上，使得在正极集流体表面上形成第一正极活性物质层，然后将多孔金属施加在第一正极活性物质层上，使得在第一正极活性物质层表面上形成多孔金属层；最后将包括第二正极活性物质、粘结剂、导电剂和增稠剂的第二正极浆料施加在多孔金属层表面上，使得在多孔金属层表面形成第二正极活性物质层，即通过在第一正极活性物质层和第二正极活性物质层之间布置多孔金属层，使得该正极单位面积容量不高于现有锂离子电池负极的单位面积容量，即装载该正极的锂离子电池中正极的单位面积容量与负极的单位面积容量比值不高于1，该多孔金属层中的多孔金属易和锂反应形成合金，在充电过程中，锂离子通过远离正极集流体的第二正极活性物质层到达多孔金属层，部分锂离子和多孔金属反应生成锂金属合金，另一部分锂离子通过多孔金属的孔洞迁移到第一正极活性物质层，并完成嵌入，由于锂金属合金形成电位高于在第一正极活性物质层的嵌入电位，因此大量锂离子将以锂金属合金形式存在，并沿着多孔金属生长排布，从而可以有效控制正极的单位面积容量与负极的单位面积容量比值不高于1时正极上锂金属合金的位置和形状，一方面避免在正极上沉积生成不规则的尖刀状锂枝晶而导致刺穿隔膜带来的安全问题；再一方面由于锂金属合金的能量密度远远高于LiC6，这将大大提高电芯的能量密度。由此，采用该方法得到的正极可以在有效控制正极单位面积容量不高于负极单位面积容量情况下正极中锂部分以锂金属合金形式存储，从而在维持现有成熟化学体系、成熟基材和隔膜应用及工艺水平下，有效提高电芯能量密度(由现有的180～230wh/kg上提高到 230～280wh/kg)，并保证电性能、可靠性及安全性能满足目前动力电芯要求。需要说明的是，上述针对正极所描述的特征和优点同样适用于该制备正极的方法，此处不再赘述。

在本发明的第三个方面，本发明提出了一种锂离子电池。根据本发明的实施例，所述锂离子电池包括正极、负极、电解液和隔膜，所述正极为上述的正极或采用上述的方法得到的正极，其中，所述正极的单位面积容量与所述负极的单位面积容量比值不高于1，优选0.4～0.7。由此，通过装载上述具有较高能量密度和安全性能的正极，使得该锂离子电池具有优异的能量密度、电性能、可靠性和安全性能，从而满足目前动力电芯要求。需要说明的是，上述针对正极及其制备方法所描述的特征和优点同样适用于该锂离子电池，此处不再赘述。

根据本发明的实施例，上述锂离子电池的负极包括金属氧化物材料，所述金属氧化物材料化学式为LiNixCoyMnzFeaAlbPcO2，其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤a≤1，0 ≤b≤0.8，0≤c≤4，并且该金属氧化物材料结构为层状或橄榄石状；隔膜为有着高孔隙率的允许锂离子自由通过材料，例如PE、PP、无纺布材料中的一种或多种；电解液包含溶剂和锂盐，其中，溶剂为如碳酸丙烯酯(PC)和碳酸乙烯酯(EC)等环状酯类以及如碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸甲基乙基酯(EMC)等线状酯类中的一种或多种，锂盐为可以有效溶解于上述溶剂的LiPF6、LiClO4和LiBO2等中的一种或多种。

在本发明的第四个方面，本发明提出了一种车辆。根据本发明的实施例，所述车辆包括上述的锂离子电池。由此，通过装载上述具有优异能量密度、电性能、可靠性和安全性能的锂离子电池，使得该车辆具有优异的续航里程及较低的整车成本。需要说明的是，上述针对锂离子电池所描述的特征和优点同样适用于该车辆，此处不再赘述。

下面详细描述本发明的实施例，需要说明的是下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。另外，如果没有明确说明，在下面的实施例中所采用的所有试剂均为市场上可以购得的，或者可以按照本文或已知的方法合成的，对于没有列出的反应条件，也均为本领域技术人员容易获得的。

实施例1

制备正极的方法：

(1)取石墨颗粒与SBR(丁苯橡胶)、CMC(羧甲基纤维素钠)和SP(导电炭黑)按重量比95:2.5:1.5:1进行匀浆，其中加入水控制固含量为45～55％，粘度为2000～4000mpa ·s，完成搅拌，得到第一正极浆料；

(2)将第一正极浆料均匀涂布在8μm铜箔基材表面，其双面涂布重量为123g/m²，使得在铜箔基材表面形成第一正极活性物质层；

(3)将6μm圆形多孔金属铝箔辊压在第一正极活性物质层表面，使得在第一正极活性物质层表面上形成多孔金属层(孔洞尺寸1mm，相邻孔洞间隙1mm)；

(4)在多孔金属层表面涂敷第一正极浆料，控制双面涂布重量为123g/m²，使得在多孔金属层表面形成第二正极活性物质层，然后通过烘干、辊压、模切和冲切成正极极片(第二正极活性物质层占正极极片总质量的50％)。

制备负极极片的方法

取金属氧化物材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2三元材料，按NCM(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2三元材料):PVDF(聚偏氟乙烯):SP(导电炭黑)按照重量比95:3:2进行匀浆，其中加入NMP (N-甲基-2吡咯烷酮)控制负极浆料固含量为68～75wt％，粘度为6000～10000mpa·s，完成搅拌后，将负极浆料均匀涂布在12μm铝箔基材表面，其双面涂布重量为480g/m²，然后通过烘干、辊压、模切和冲切成负极极片(正极极片单位面积容量N与负极极片单位面积容量P比值为1.0)。

实施例2

制备正极的方法：形成第一正极活性物质层时第一正极浆料的双面涂布重量为 110g/m²，形成第二正极活性物质层时第一正极浆料的双面涂布重量为110g/m²，其他同于实施例1，得到正极极片中第二正极活性物质层占正极极片总质量的50％。

制备负极极片的方法同于实施例1，其中，正极极片单位面积容量N与负极极片单位面积容量P比值为0.9。

实施例3

制备正极的方法：形成第一正极活性物质层时第一正极浆料的双面涂布重量为98g/m²，形成第二正极活性物质层时第一正极浆料的双面涂布重量为98g/m²，其他同于实施例1，得到正极极片中第二正极活性物质层占正极极片总质量的50％。

制备负极极片的方法同于实施例1，其中，正极极片单位面积容量N与负极极片单位面积容量P比值为0.8。

实施例4

制备正极的方法：形成第一正极活性物质层时第一正极浆料的双面涂布重量为86g/m²，形成第二正极活性物质层时第一正极浆料的双面涂布重量为86g/m²，其他同于实施例1，得到正极极片中第二正极活性物质层占正极极片总质量的50％。

制备负极极片的方法同于实施例1，其中，正极极片单位面积容量N与负极极片单位面积容量P比值为0.7。

实施例5

制备正极的方法：形成第一正极活性物质层时第一正极浆料的双面涂布重量为74g/m²，形成第二正极活性物质层时第一正极浆料的双面涂布重量为74g/m²，其他同于实施例1，得到正极极片中第二正极活性物质层占正极极片总质量的50％。

制备负极极片的方法同于实施例1，其中，正极极片单位面积容量N与负极极片单位面积容量P比值为0.6。

实施例6

制备正极的方法：形成第一正极活性物质层时第一正极浆料的双面涂布重量为61g/m²，形成第二正极活性物质层时第一正极浆料的双面涂布重量为61g/m²，其他同于实施例1，得到正极极片中第二正极活性物质层占正极极片总质量的50％。

制备负极极片的方法同于实施例1，其中，正极极片单位面积容量N与负极极片单位面积容量P比值为0.5。

实施例7

制备正极的方法：形成第一正极活性物质层时第一正极浆料的双面涂布重量为49g/m²，形成第二正极活性物质层时第一正极浆料的双面涂布重量为49g/m²，其他同于实施例1，得到正极极片中第二正极活性物质层占正极极片总质量的50％。

制备负极极片的方法同于实施例1，其中，正极极片单位面积容量N与负极极片单位面积容量P比值为0.4。

实施例8

制备正极的方法：形成第一正极活性物质层时第一正极浆料的双面涂布重量为37g/m²，形成第二正极活性物质层时第一正极浆料的双面涂布重量为37g/m²，其他同于实施例1，得到正极极片中第二正极活性物质层占正极极片总质量的50％。

制备负极极片的方法同于实施例1，其中，正极极片单位面积容量N与负极极片单位面积容量P比值为0.3。

实施例9

制备正极的方法：形成第一正极活性物质层时第一正极浆料的双面涂布重量为61g/m²，采用的多孔金属铝箔的厚度为8μm，形成第二正极活性物质层时第一正极浆料的双面涂布重量为61g/m²，其他同于实施例1，得到正极极片中第二正极活性物质层占正极极片总质量的50％。

制备负极极片的方法同于实施例1，其中，正极极片单位面积容量N与负极极片单位面积容量P比值为0.5。

实施例10

制备正极的方法：形成第一正极活性物质层时第一正极浆料的双面涂布重量为61g/m²，采用的多孔金属铝箔的厚度为10μm，形成第二正极活性物质层时第一正极浆料的双面涂布重量为61g/m²，其他同于实施例1，得到正极极片中第二正极活性物质层占正极极片总质量的50％。

制备负极极片的方法同于实施例1，其中，正极极片单位面积容量N与负极极片单位面积容量P比值为0.5。

实施例11

制备正极的方法：形成第一正极活性物质层时第一正极浆料的双面涂布重量为61g/m²，采用的多孔金属铝箔的厚度为8μm，多孔金属层中孔洞尺寸3mm，相邻孔洞间隙1mm，形成第二正极活性物质层时第一正极浆料的双面涂布重量为61g/m²，其他同于实施例1，得到正极极片中第二正极活性物质层占正极极片总质量的50％。

制备负极极片的方法同于实施例1，其中，正极极片单位面积容量N与负极极片单位面积容量P比值为0.5。

实施例12

制备正极的方法：形成第一正极活性物质层时第一正极浆料的双面涂布重量为61g/m²，采用的多孔金属铝箔的厚度为8μm，多孔金属层中孔洞尺寸5mm，相邻孔洞间隙1mm，形成第二正极活性物质层时第一正极浆料的双面涂布重量为61g/m²，其他同于实施例1，得到正极极片中第二正极活性物质层占正极极片总质量的50％。

制备负极极片的方法同于实施例1，其中，正极极片单位面积容量N与负极极片单位面积容量P比值为0.5。

实施例13

制备正极的方法：形成第一正极活性物质层时第一正极浆料的双面涂布重量为61g/m²，采用的多孔金属铝箔的厚度为8μm，多孔金属层中孔洞尺寸1mm，相邻孔洞间隙3mm，形成第二正极活性物质层时第一正极浆料的双面涂布重量为61g/m²，其他同于实施例1，得到正极极片中第二正极活性物质层占正极极片总质量的50％。

制备负极极片的方法同于实施例1，其中，正极极片单位面积容量N与负极极片单位面积容量P比值为0.5。

实施例14

制备正极的方法：形成第一正极活性物质层时第一正极浆料的双面涂布重量为61g/m²，采用的多孔金属铝箔的厚度为8μm，多孔金属层中孔洞尺寸1mm，相邻孔洞间隙5mm，形成第二正极活性物质层时第一正极浆料的双面涂布重量为61g/m²，其他同于实施例1，得到正极极片中第二正极活性物质层占正极极片总质量的50％。

制备负极极片的方法同于实施例1，其中，正极极片单位面积容量N与负极极片单位面积容量P比值为0.5。

实施例15

制备正极的方法：形成第一正极活性物质层时第一正极浆料的双面涂布重量为 85.4g/m²，采用的多孔金属铝箔的厚度为8μm，形成第二正极活性物质层时第一正极浆料的双面涂布重量为36.6g/m²，其他同于实施例1，得到正极极片中第二正极活性物质层占正极极片总质量的30％。

制备负极极片的方法同于实施例1，其中，正极极片单位面积容量N与负极极片单位面积容量P比值为0.5。

实施例16

制备正极的方法：形成第一正极活性物质层时第一正极浆料的双面涂布重量为 36.6g/m²，采用的多孔金属铝箔的厚度为8μm，形成第二正极活性物质层时第一正极浆料的双面涂布重量为85.4g/m²，其他同于实施例1，得到正极极片中第二正极活性物质层占正极极片总质量的70％。

制备负极极片的方法同于实施例1，其中，正极极片单位面积容量N与负极极片单位面积容量P比值为0.5。

实施例17

制备正极的方法：形成第一正极活性物质层时第一正极浆料的双面涂布重量为61g/m²，采用三角形的多孔金属铝箔，并且多孔金属铝箔的厚度为8μm，形成第二正极活性物质层时第一正极浆料的双面涂布重量为61g/m²，其他同于实施例1，得到正极极片中第二正极活性物质层占正极极片总质量的50％。

制备负极极片的方法同于实施例1，其中，正极极片单位面积容量N与负极极片单位面积容量P比值为0.5。

实施例18

制备正极的方法：形成第一正极活性物质层时第一正极浆料的双面涂布重量为61g/m²，采用四边形的多孔金属铝箔，并且多孔金属铝箔的厚度为8μm，形成第二正极活性物质层时第一正极浆料的双面涂布重量为61g/m²，其他同于实施例1，得到正极极片中第二正极活性物质层占正极极片总质量的50％。

制备负极极片的方法同于实施例1，其中，正极极片单位面积容量N与负极极片单位面积容量P比值为0.5。

实施例19

制备正极的方法：形成第一正极活性物质层时第一正极浆料的双面涂布重量为61g/m²，采用四边形多孔金属铝箔和圆形的多孔金属铝箔混合组成多孔金属层，并且多孔金属铝箔的厚度为8μm，形成第二正极活性物质层时第一正极浆料的双面涂布重量为61g/m²，其他同于实施例1，得到正极极片中第二正极活性物质层占正极极片总质量的50％。

制备负极极片的方法同于实施例1，其中，正极极片单位面积容量N与负极极片单位面积容量P比值为0.5。

对比例

制备正极的方法：

(1)取石墨颗粒与SBR(丁苯橡胶)、CMC(羧甲基纤维素钠)和SP(导电炭黑)按重量比95:2.5:1.5:1进行匀浆，其中加入水控制固含量为45～55％，粘度为2000～4000mpa ·s，完成搅拌，得到正极浆料；

(2)将第一正极浆料均匀涂布在8μm铜箔基材表面，其双面涂布重量为270g/m²，然后通过烘干、辊压、模切和冲切成正极极片。

制备负极极片的方法同于实施例1，其中，正极极片单位面积容量N与负极极片单位面积容量P比值为1.1。

隔膜采用16μm厚的聚乙烯PE隔膜，电解液包括锂盐LiPF6和溶剂，其中溶剂包括碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲基乙基酯(EMC)，锂盐LiPF6的浓度为1.2mol/L， DEC、EC、EMC的摩尔比为1：1：1，取实施例1-19和对比例对应的正极极片和负极极片，通过正极、隔膜、负极、隔膜、正极的顺序层层叠加放置，制作裸电芯，通过控制正负极叠片数量控制各裸电芯厚度一致，然后入壳，烘烤，注液，化成，封口制作成电芯。

对实施例1-18以及对比例得到的电芯容量、内阻及能量密度进行评价：

1、容量测试方法：室温下，取对比例和实施例1-19各三个电芯采用充放电测试柜按充电0.33C恒流恒压充至4.2V，搁置10min后按放电0.33C放电至2.8V，记录放电容量；

2、内阻测试方法：采用电阻测试仪测试对比例1-4和实施例1-4电芯阻抗并记录数值；

3、重量测试方法：采用电子秤测试对比例1-4和实施例1-4电芯重量，按照公式电芯能量密度＝(放电容量·放电平台电压)/电芯重量计算电芯能量密度。

实施例1-19以及对比例得到的电芯容量、内阻及能量密度测试结果如表1所示。

表1

结论：通过对比例1与实施例1-19电芯容量、内阻和能量密度数据，可以看出相对于对比例，实施例1-5中电芯容量和能量密度有增加，但是实施例1-4增加幅度较小，实施例 5增加幅度较大，这是因为低N/P降低了正极浆料涂布重量，在同样的空间里可以装填更多的活性物质，从而可以提高有效能量发挥，但多孔金属铝箔不属于活性物质，不参与容量发挥，其存在将导致容量发挥降低，所以对于某一N/P值存在最优多孔金属铝箔厚度，如实施例5和实施例9。而不同多孔金属铝箔厚度对容量的影响取决于N/P比值，某一N/P 比值对应着容量发挥最大的最优多孔金属铝箔厚度，因为厚度偏小，会出现负极容量过多导致的活性锂无法完全和多孔金属铝箔反应生成锂金属合金，导致部分锂依然以枝晶形式沉积在正极电极表面，可能导致部分锂成为无法再参与充放电的死锂，充电无法充满，放电无法放完，从而导致放电容量降低，如实施例8；多孔金属箔厚度偏大，会出现部分多孔金属铝箔无法发挥作用，但却占用了电芯有效空间，从而恶化了电芯能量密度，如实施例10。另外可以看出多孔金属铝箔层对内阻未出现恶化现象。

对实施例1-19和对比例得到的电芯直流阻抗和功率进行评价：

测试方法：室温下，取实施例1-19和对比例的电芯各2个采用0.33C恒流恒压充电至 4.2V，然后采用1C放电30min至50％SOC，采用4C电流放电10S，记录放电前后电压数值，按照直流阻抗＝(放电前电压-放电后电压)/放电电流，功率＝((放电前电压-下限电压) ·下限电压)/直流阻抗计算直流阻抗和功率。

实施例1-19和对比例得到的电芯直流阻抗和功率测试数据如表2所示。

表2

结论：通过对比例与实施例1-19电芯直流阻抗和功率数据，可以看出相对于对比例，实施例中直流阻抗和功率未出现恶化现象，且稍优于对比例，且随着N/P比值降低，优势有加强现象，这是因为低N/P比值导致正极浆料涂布重量稍低，叠片层数增加，相当于电芯中并联数量增加，从而可以降低阻抗。而不同多孔金属铝箔厚度对阻抗和功率的影响取决于N/P比值，某一N/P比值对应着功率发挥最大的最优多孔金属铝箔厚度，因为一方面，正极浆料涂布重量降低带来活性物质涂层厚度降低，其可以降低阻抗，提升功率，但另一方面多孔金属铝箔位于活物质层中，可能恶化活物质层中锂离子的迁移，会恶化功率，另外低N/P比值下表面涂层不足的情况会导致死锂的产生，其将阻碍锂离子的迁移，也会导致功率的降低。另外多孔金属铝箔的孔洞尺寸、孔隙间距及孔形状对功率性能无影响，多孔金属箔上层活物质层含量对功率也无影响。

对实施例1-19和对比例得到的电芯循环寿命、膨胀力、产气情况和存储寿命进行评价：

1、循环寿命测试方法：室温下，取对比例和实施例1-19电芯各2个采用0.33C恒流恒压充电至4.2V，搁置5min，然后采用0.33C放电至2.8V，记录放电容量，容量保持率＝对应循环放电容量/初始放电容量，此过程重复至容量保持率≤80％，记录循环数。

2、采用产气测试仪和膨胀力测试设备测试循环过程产气量和膨胀力变化情况。

3、存储寿命测试方法：室温下，取对比例和实施例1-19电芯各2个采用0.33C恒流恒压充电至4.2V，然后将电芯放在高温45℃恒温箱中，存储500天，每30天取出测试容量保持率。

实施例1-19和对比例得到的电芯循环寿命、膨胀力、产气情况和存储寿命测试数据如表3所示。

表3

结论：通过对比例与实施例1-19电芯循环寿命、膨胀力、产气情况和存储寿命数据，可以看出相对于对比例，实施例中循环寿命、产气、膨胀和存储寿命未出现恶化现象，且稍优于对比例，且随着N/P比值降低，优势有加强现象，这是因为低N/P比值导致在 100％SOC时负极电极电位变低，其对电解液的氧化作用减弱。而不同多孔金属铝箔厚度对循环寿命和存储寿命的影响取决于N/P比值，某一N/P比值对应着循环和存储性能最优的多孔金属铝箔厚度阈值，因为需在整个寿命周期可以完全与某一N/P比值下的活性锂反应生成锂金属合金，低于此厚度，随着循环的进行，可能导致出现死锂，随着充放电的进行，死锂逐渐增加，而导致容量发挥急剧降低，产气和膨胀也会增加恶化，如实施例8，高于此厚度，循环和存储性能无明显差异。另外多孔金属铝箔的孔洞尺寸、孔隙间距及孔形状对循环和存储性能无影响，多孔金属铝箔上层活物质层含量对循环和存储性能也无影响。

对实施例1-19和对比例电芯安全性能进行评价：

室温下，取对比例和实施例1-19EOL(循环测试后)电芯各4个采用0.33C恒流恒压充电至4.2V，然后各取2个分别测试热箱和挤压，热箱起始温度25℃，升温速率5℃/min，升温至130℃后保持30min，观察电芯状况。挤压测试挤压速度2mm/s，电压达到0V或变形量达到15％或挤压力达到100KN后停止挤压，静置1h，观察电芯状况。

实施例1-19和对比例电芯安全性能数据如表4所示。

表4

结论：通过对比例与实施例1-19电芯安全性能测试数据，可以看出采用本发明专利所介绍的优选方案(除实施例8外)制作的电芯，其安全性能没有差异，满足目前动力电池需求。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。