锂离子电池正极活性材料、正极极片及其制备方法和应用与流程

本发明属于锂离子电池，尤其涉及一种锂离子电池正极活性材料、正极极片及其制备方法和应用。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、随着科技的不断进步和政策的支持，锂离子电池已成为移动设备、电动汽车等领域中最常用的电池之一。而在电动汽车领域、储能行业、数码3c领域以及电动工具等领域对锂离子电池的需求量也逐年增加。为了提高锂离子电池的性能和安全性，人们也在不断研究新型材料和新型结构。

3、正极活性材料作为锂离子电池的重要组成部分，对电池性能起到至关重要的作用。三元材料因为能量密度较高而普遍应用于高端电动汽车领域，但安全性和成本问题是制约其广泛应用的主要因素。钴等稀有金属资源价格昂贵，加上生产工艺复杂，导致其成本相对较高。三元电芯容易在异常情况下产生热失控现象，造成严重事故。相比于三元材料，磷酸铁锂因为放电平台电压以及电导率较低等缺点，主要表现为能量密度较低，倍率性能以及低温较差，对于长续航以及快充等特殊需求的场景下的应用受到了严重影响。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种锂离子电池正极活性材料、正极极片及其制备方法和应用，利用三元单晶材料的高比容量及高电导率等特性以及磷酸锰铁锂的高结构稳定性，较好的循环稳定性以及安全性等优点，将两种材料进行掺混作为正极，通过调控两种材料的粒径d50，比表面积，质量占比以及材料表面包覆碳含量之间的比例，有利于改善锂离子电池的快充性能，循环性能及安全性能。

2、为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

3、本发明第一方面提供了一种锂离子电池正极活性材料，包括：三元单晶材料和磷酸锰铁锂；

4、所述三元单晶材料和磷酸锰铁锂的参数比值满足如下关系：

5、2≤(d1*s1*θ1*c)/(d2*s2*θ2)≤12

6、其中，d1为磷酸锰铁锂的粒度d50，单位为μm；s1为磷酸锰铁锂的比表面积，单位为m2/g；θ1为正极活性材料中磷酸锰铁锂的质量占比；c为磷酸锰铁锂的碳含量；d2为三元单晶材料的粒度d50；单位为μm；s2为三元单晶材料的比表面积，单位为m2/g；θ2为正极活性材料中三元单晶材料的质量占比。

7、优选的，所述磷酸锰铁锂的粒度d50为0.5～2μm；

8、所述磷酸锰铁锂的比表面积为15～30m2/g；

9、所述正极活性材料中磷酸锰铁锂的质量占比为0＜θ1＜1，优选地，θ1的取值范围为0.1～0.5；其中，三元的质量占比为0＜θ2＜1，优选地，θ2的取值范围为0.1～0.5；

10、所述磷酸锰铁锂的碳含量为1～3％；

11、所述三元单晶材料的粒度d50为2～10μm；

12、所述三元单晶材料的比表面积为0.2～0.8m2/g。

13、优选的，所述磷酸锰铁锂为斜方晶的橄榄石型晶体结构，其化学式为limnxfe1-xpo4，其中0.1≤x<1.0。

14、优选的，所述三元单晶材料为镍钴锰酸锂，其化学式为liniacobmnco2，其中0<a<1，0<b<1，0<c<1，且a+b+c＝1。

15、本发明第二方面提供了一种锂离子电池正极极片，所述正极极片包含本发明第一方面所述的一种混合体系锂离子电池正极活性材料、导电碳、粘结剂以及正极集流体。

16、优选的，所述正极活性材料：导电碳：粘结剂的质量比为94～97.5％：0.5～3％：1～3％。

17、优选的，所述正极集流体包括铝箔或者涂炭铝箔。

18、本发明第三方面提供了一种制备本发明第二方面提供的一种锂离子电池正极极片的方法，所述方法包括以下步骤：

19、将正极活性材料、导电碳以及粘结剂分散到n-甲基吡咯烷酮nmp中，通过机械混合得到正极浆料，然后再涂布到正极集流体上，经过辊压工序得到正极极片。

20、优选的，所述正极集流体的涂布为双面涂布，单面面密度为15～23mg/cm2；

21、辊压工序中，极片压实密度为磷酸锰铁锂和三元单晶材料各自极限压实密度的加权值的85～95％。

22、本发明第四方面提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包含本发明第二方面提供的正极极片、负极极片，隔膜以及电解液。

23、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

24、(1)本发明提供的混合体系的正极活性材料，通过调控之间关系满足2≤(d1*s1*θ1*c)/(d2*s2*θ2)≤12这一关系式，使得混合体系活性材料中的两种材料之间的配比在合适的范围内，提升电芯能量密度，提高电芯的倍率性能以及改善安全性能。

25、(2)本发明的锂离子电池满足如下公式：5.0≤(θ1*s1+θ2*s2)*β≤9.8，使得正极极片中的mn元素与电解液中的添加剂之间的配比在合适的范围内，可以有效地改善因锰溶出导致的循环性能差等问题，同时可以避免添加过多导致阻抗增大及不必要的成本增加。

26、本发明附加方面的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。

技术特征：

1.一种锂离子电池正极活性材料，其特征在于，包括：三元单晶材料和磷酸锰铁锂；

2.如权利要求1所述的一种锂离子电池正极活性材料，其特征在于，所述磷酸锰铁锂的粒度d50为0.5～2μm；

3.如权利要求1所述的一种锂离子电池正极活性材料，其特征在于，所述磷酸锰铁锂为斜方晶的橄榄石型晶体结构，其化学式为limnxfe1-xpo4，其中0.1≤x<1.0。

4.如权利要求1所述的一种锂离子电池正极活性材料，其特征在于，所述三元单晶材料为镍钴锰酸锂，其化学式为liniacobmnco2，其中0<a<1，0<b<1，0<c<1，且a+b+c＝1。

5.一种锂离子电池正极极片，所述正极极片包含权利要求1所述的一种锂离子电池正极活性材料、导电碳、粘结剂以及正极集流体。

6.如权利要求5所述的一种锂离子电池正极极片，其特征在于，所述正极活性材料：导电碳：粘结剂的质量比为94～97.5％：0.5～3％：1～3％。

7.如权利要求5所述的一种锂离子电池正极极片，其特征在于，所述正极集流体包括铝箔或者涂炭铝箔。

8.一种制备权利要求5所述的一种锂离子电池正极极片的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述正极集流体的涂布为双面涂布，单面面密度为15～23mg/cm2；

10.一种锂离子电池，所述锂离子电池包含权利要求5所述的正极极片、负极极片，隔膜以及电解液；

技术总结
本发明属于锂离子电池技术领域，提出了一种锂离子电池正极活性材料、正极极片及其制备方法和应用，包括：三元单晶材料和磷酸锰铁锂；三元单晶材料和磷酸锰铁锂的参数比值满足如下关系：2≤(d1*S1*θ1*C)/(d2*S2*θ2)≤12；其中，d1为磷酸锰铁锂的粒度D50，单位为μm；S1为磷酸锰铁锂的比表面积，单位为m<supgt;2</supgt;/g；θ1为正极活性材料中磷酸锰铁锂的质量占比；C为磷酸锰铁锂的碳含量；d2为三元单晶材料的粒度D50；单位为μm；S2为三元单晶材料的比表面积，单位为m<supgt;2</supgt;/g；θ2为正极活性材料中三元单晶材料的质量占比。本发明通过调控磷酸锰铁锂和三元混合体系正极中两种活性物质的物性参数之间的关系，得到较为合适配比的正极极片，充分发挥二者的协同作用。

技术研发人员：请求不公布姓名,鞠署元,何欢
受保护的技术使用者：安徽得壹能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15