本申請涉及電池，具體涉及一種正極片及其制備方法和電池。

背景技術(shù)：

1、由于磷酸鐵鋰材料具有較高的理論容量，優(yōu)秀的電化學(xué)性能以及熱力學(xué)穩(wěn)定性，且制備方法簡單，成本低廉，已經(jīng)成為最有潛力的鋰離子電池陰極材料之一。然而，目前的電池隨著高能量密度化，很難進(jìn)一步確保過充時的安全性，且隨著過充導(dǎo)致的電池溫度上升，電池極易發(fā)生熱失控的現(xiàn)象，如何避免此類問題，是當(dāng)下研究的熱點。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種正極片及其制備方法和電池。該正極片可有效延緩熱失控的發(fā)生。

2、為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種正極片，該正極片包括：

4、(a)正極集流體；

5、(b)聚合物層，聚合物層設(shè)置于正極集流體至少一個表面上；

6、聚合物層包括可膨脹聚合物，可膨脹聚合物由聚合物基體和接枝改性劑聚合得到，接枝改性劑包括含氟烯烴；

7、(c)正極活性材料層，正極活性材料層設(shè)置于聚合物層遠(yuǎn)離正極集流體的表面上；

8、在正極片厚度方向上，正極集流體的投影面積記為s1，聚合物層的投影面積記為s2，正極活性材料層的投影面積記為s3，s1、s2、s3滿足如下關(guān)系式：s2＜s3≤s1；

9、正極活性材料層至少部分與正極集流體直接接觸。

10、作為優(yōu)選，可膨脹聚合物的膨脹溫度為85～95℃。

11、作為優(yōu)選，可膨脹聚合物的熱膨脹率≥20％。

12、作為優(yōu)選，可膨脹聚合物的熔點為140～160℃。

13、在本發(fā)明實施方式中，接枝改性劑包括六氟丙烯、六氟乙烯、偏氟乙烯中的至少一種。

14、作為優(yōu)選，聚合物基體的電阻率大于等于10mω/m。

15、在本發(fā)明實施方式中，聚合物基體包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一種。

16、作為優(yōu)選，聚合物基體與接枝改性劑的質(zhì)量比為(10～30)：(1～3)。

17、在本發(fā)明實施方式中，正極活性材料層包括中間區(qū)域和邊緣區(qū)域，中間區(qū)域至少部分與聚合物層直接接觸，邊緣區(qū)域與正極集流體直接接觸。

18、作為優(yōu)選，聚合物層的邊緣與正極活性材料層的邊緣之間的距離l1≥3mm。

19、作為優(yōu)選，s3/s1的比值為0.9～1。

20、作為優(yōu)選，s2/s1的比值為0.6～0.8。

21、作為優(yōu)選，聚合物層的厚度為0.5～1.2μm。

22、在本發(fā)明實施方式中，聚合物層包括1個或多個子聚合物層。

23、作為優(yōu)選，多個子聚合物層的數(shù)量≥2。

24、在本發(fā)明實施方式中，多個子聚合物層均勻間隔分布。

25、作為優(yōu)選，相鄰兩個子聚合物層之間的間距l(xiāng)2≥3mm。

26、在本發(fā)明實施方式中，聚合物層還包括熱分解產(chǎn)氣物質(zhì)和/或水性粘結(jié)劑。

27、熱分解產(chǎn)氣物質(zhì)包括碳酸氫鈉、碳酸氫鋰、碳酸氫銨、硝酸鋰中的至少一種。

28、在本發(fā)明實施方式中，水性粘結(jié)劑包括聚丙烯酸paa、聚氧化乙烯peo、丙醇基化合物中的至少一種。

29、作為優(yōu)選，可膨脹聚合物與熱分解產(chǎn)氣物質(zhì)的質(zhì)量比為(50～150)：(1～10)。

30、作為優(yōu)選，可膨脹聚合物與水性粘結(jié)劑的質(zhì)量比為(1～3)：(1～3)。

31、作為優(yōu)選，可膨脹聚合物的平均粒徑為1.2～1.5μm。

32、作為優(yōu)選，聚合物層遠(yuǎn)離正極集流體的表面的粗糙度ra≥0.5mm。

33、作為優(yōu)選，正極集流體表面的粗糙度ra≥0.5mm。

34、第二方面，本發(fā)明提供了上述正極片的制備方法，包括如下步驟：

35、s1，將聚合物基體、接枝改性劑和有機溶劑混合，進(jìn)行聚合反應(yīng)，經(jīng)干燥、研磨，得到可膨脹聚合物；

36、s2，將可膨脹聚合物和水混合，得到漿料，將漿料涂覆于正極集流體至少一個表面上，得到復(fù)合有聚合物層的正極集流體；

37、s3，將正極活性材料層設(shè)置于聚合物層遠(yuǎn)離正極集流體的表面上，得到正極片。

38、在本發(fā)明實施方式中，步驟s1中，有機溶劑包括n-甲基吡咯烷酮、丙酮中的至少一種。

39、作為優(yōu)選，聚合反應(yīng)的溫度為90～100℃，聚合反應(yīng)的時間為4～6h。

40、在本發(fā)明實施方式中，聚合物層包括熱分解產(chǎn)氣物質(zhì)時，步驟s1中，將聚合物基體、接枝改性劑和有機溶劑混合為：將聚合物基體、接枝改性劑、熱分解產(chǎn)氣物質(zhì)和有機溶劑混合。

41、在本發(fā)明實施方式中，聚合物層包括水性粘結(jié)劑時，步驟s2中，將可膨脹聚合物和水混合為：將可膨脹聚合物、水性粘結(jié)劑和水混合。

42、第三方面，本發(fā)明提供了一種電池，該電池包括上述正極片，和/或由上述制備方法制得的正極片。

43、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果為：

44、(1)本發(fā)明正極片包括聚合物層，聚合物層位于正極集流體和正極活性材料層之間，且面積小于正極集流體和正極活性材料層的面積，聚合物層中包含可膨脹聚合物，可膨脹聚合物由聚合物基體和接枝改性劑聚合得到，接枝改性劑包括含氟烯烴。

45、參見圖5，當(dāng)電池溫度較低(正常工作狀態(tài))時，聚合物層雖然位于中間，但正極集流體和正極活性材料層的面積大于聚合物層的面積，部分正極集流體和正極活性材料層可以直接接觸(直接接觸部分)，實現(xiàn)電連接；隨著電池溫度的升高(過充)，聚合物層中的可膨脹聚合物膨脹，一方面在厚度方向上膨脹，使得聚合物層上方的正極活性材料層與正極集流體上方的正極活性材料層產(chǎn)生斷裂、錯位，正極的電阻增大，使得導(dǎo)電性能下降，降低了熱失控的風(fēng)險；另一方面，可膨脹聚合物在橫向上(垂直于極片的厚度方向)膨脹，使導(dǎo)電通道變窄，使得鋰離子無法順利通過聚合物層，進(jìn)一步提高了正極的電阻，降低了導(dǎo)電性能和熱失控的風(fēng)險。

46、可膨脹聚合物為改性聚合物，改性聚合物中的接枝改性劑為含氟烯烴，含氟烯烴可以進(jìn)一步增加可膨脹聚合物的膨脹率，從而更為有效的使得聚合物層上方的正極活性材料層與正極集流體上方的正極活性材料層產(chǎn)生斷裂、錯位，進(jìn)一步使導(dǎo)電通道變窄，使得鋰離子無法順利通過聚合物層，進(jìn)一步提高電阻，延緩熱失控的發(fā)生。

47、(2)可膨脹聚合物中的接枝改性劑含氟烯烴和正極活性材料層的含氟聚合物(如pvdf)在正常工作狀態(tài)下具有較好的親和性，進(jìn)一步增加聚合物層和正極活性材料層之間的粘結(jié)力。

48、(3)可膨脹聚合物的熔點為140～160℃，當(dāng)溫度進(jìn)一步升高達(dá)到熔點時，可膨脹聚合物熔化，吸收熱量，延緩熱失控的發(fā)生。

49、(4)本發(fā)明優(yōu)選在聚合物層中添加熱分解產(chǎn)氣物質(zhì)，熱分解產(chǎn)氣物質(zhì)如碳酸氫鈉、碳酸氫鋰、碳酸氫銨、硝酸鋰在受熱時產(chǎn)生二氧化碳、二氧化氮、氮氣等惰性氣體，可以增加內(nèi)阻，同時惰性氣體可以起到一部分阻燃效果。

技術(shù)特征：

1.一種正極片，其特征在于，所述正極片包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極片，其特征在于，所述可膨脹聚合物的膨脹溫度為85～95℃；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極片，其特征在于，所述正極活性材料層包括中間區(qū)域和邊緣區(qū)域，所述中間區(qū)域至少部分與所述聚合物層直接接觸，所述邊緣區(qū)域與所述正極集流體直接接觸；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極片，其特征在于，所述聚合物層包括1個或多個子聚合物層；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極片，其特征在于，所述聚合物層還包括熱分解產(chǎn)氣物質(zhì)和/或水性粘結(jié)劑；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極片，其特征在于，所述可膨脹聚合物的平均粒徑為1.2～1.5μm；

7.一種權(quán)利要求1至6中任一項所述正極片的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s1中，所述有機溶劑包括n-甲基吡咯烷酮、丙酮中的至少一種；

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述聚合物層包括熱分解產(chǎn)氣物質(zhì)時，所述步驟s1中，將聚合物基體、接枝改性劑和有機溶劑混合為：將聚合物基體、接枝改性劑、熱分解產(chǎn)氣物質(zhì)和有機溶劑混合；

10.一種電池，其特征在于，所述電池包括權(quán)利要求1至6中任一項所述的正極片，和/或由權(quán)利要求7至9中任一項所述制備方法制得的正極片。

技術(shù)總結(jié)
本申請涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種正極片及其制備方法和電池。該正極片包括正極集流體、聚合物層和正極活性材料層，聚合物層設(shè)置于正極集流體至少一個表面上，其包括可膨脹聚合物，可膨脹聚合物由聚合物基體和接枝改性劑聚合得到，接枝改性劑包括含氟烯烴；正極活性材料層設(shè)置于聚合物層遠(yuǎn)離正極集流體的表面上；在正極片厚度方向上，聚合物層的投影面積小于正極活性材料層和正極集流體的投影面積，且正極活性材料層至少部分與正極集流體直接接觸。本發(fā)明正極片可有效延緩熱失控的發(fā)生。

技術(shù)研發(fā)人員：戴子豪,魏建良,董童明
受保護的技術(shù)使用者：江蘇正力新能電池技術(shù)股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15