磷酸铁锂正极极片及其制备方法以及锂离子电池和用电设备与流程

本申请涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种磷酸铁锂正极极片及其制备方法以及锂离子电池和用电设备。

背景技术：

1、锂离子电池具有工作电压高、比能量大、循环寿命长等优点，在移动通讯、笔记本电脑，电动车等领域被广泛应用。锂离子电池主要由电极极片、隔膜、电解液以及电池外壳等部分组成，电池的性能不仅与所使用的电极材料的性能有关，还与整个电极的设计参数，比如面密度、压实密度等有关。

2、电池的内阻通常会随着面密度的增加而减小，在一定范围内提高电极面密度，会降低电池的内阻；但随着面密度的提升，电池的循环性能会随着电极面密度的增加而降低，因此在提高电极面密度的同时加大正极中粘结剂的含量或者提高正极的压实密度可以提高电池的循环性能。压实密度取决于活性材料、浆料配方等多种因素，受限于磷酸铁锂活性材料的限制，磷酸铁锂正极极片的压实密度存在一个上限，一般在2.55-2.65g/cm3，目前市面上磷酸铁锂电池在低面密度(＜320g/cm2)可以达到2.65g/cm3的极限压实，在360g/cm2左右面密度一般可以达到2.5g/cm3压实，但＞400g/cm2面密度的压实密度普遍在2.45g/cm3以下，而且受限于当下客观存在的技术原因无法进一步提高；在面密度一定的前提下，压实密度越小，极片会越厚，电阻率会升高，不利于离子迁移，并且孔隙率也较高，可能会产生大的闭孔，更加不利于电池性能的发挥。

3、提高磷酸铁锂正极极片的压实密度不但能够提高能量密度(电芯体积不变前提下)，而且也会改善因为面密度较高带来的负面影响，但同时压实密度越大，活性材料颗粒之间的挤压程度会越大，极片的空隙度会减小，电解液会更难浸润，反而不利于克容量发挥，电池循环过程中的极化也会变大，不利于大倍率充放电；因此，如何综合提高磷酸铁锂的电化学性能是一个需要关注的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请的目的在于提供一种磷酸铁锂正极极片及其制备方法，使得所述磷酸铁锂正极极片在较高的面密度和压实密度前提下能够改善锂离子电池的电化学性能；

2、本申请的另外一个目的在于提供基于上述正极极片制备的锂离子电池以及用电设备。

3、为了解决上述技术问题/达到上述目的或者至少部分地解决上述技术问题/达到上述目的，作为本申请的第一个方面，提供了一种磷酸铁锂正极极片，包括集流体和涂覆于集流体上的正极材料；所述正极材料包括磷酸铁锂、粘结剂、导电剂、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和石墨烯；所述正极极片的面密度为420-430g/cm2，压实密度为2.55g/cm3。

4、可选地，所述磷酸铁锂的d50在0.6-1.5μm，d90≤5μm，单壁碳纳米管的长度在5-30μm，多壁碳纳米管的长度在10-30μm。

5、可选地，所述正极材料包括93-97％磷酸铁锂、1-5％粘结剂、0.1-1％导电剂、0.4-0.9％单壁碳纳米管、0.1-0.3％多壁碳纳米管和0.1-0.3％石墨烯。

6、作为本申请的第二个方面，提供了所述的磷酸铁锂正极极片的制备方法，包括：

7、将磷酸铁锂、粘结剂、导电剂、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和石墨烯按照比例，通过湿法搅拌制备成磷酸铁锂正极浆料，所述正极浆料涂覆在集流体上进行干燥，然后辊压，获得所述磷酸铁锂正极极片。

8、作为本申请的第三个方面，提供了一种锂离子电池，包括本申请所述的磷酸铁锂正极极片，以及隔膜、电解液和负极极片。

9、可选地，所述负极极片的n/p比为1.2。进一步可选地，所述负极极片的活性材料为石墨类材料。

10、作为本申请的第四个方面，提供了一种用电设备，包括本申请所述的锂离子电池，所述锂离子电池为所述用电设备提供电能。

11、本申请所述正极极片具有较高的面密度，并通过优化正极材料的配方组成，将磷酸铁锂正极极片的压实密度提高至其极限值范围，能够有效连接磷酸铁锂颗粒，形成良好的三维导电网络，使电池不仅保持优异的电化学性能，还能够提升极片的柔软性，减少极片的内应力，防止极片出现脆片、断片等问题。

技术特征：

1.一种磷酸铁锂正极极片，其特征在于，包括集流体和涂覆于集流体上的正极材料；所述正极材料包括磷酸铁锂、粘结剂、导电剂、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和石墨烯；所述正极极片的面密度为420-430g/cm2，压实密度为2.55g/cm3。

2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂正极极片，其特征在于，所述磷酸铁锂的d50在0.6-1.5μm，d90≤5μm，单壁碳纳米管的长度在5-30μm，多壁碳纳米管的长度在10-30μm。

3.根据权利要求1所述的磷酸铁锂正极极片，其特征在于，所述正极材料包括93-97％磷酸铁锂、1-5％粘结剂、0.1-1％导电剂、0.4-0.9％单壁碳纳米管、0.1-0.3％多壁碳纳米管和0.1-0.3％石墨烯。

4.根据权利要求1所述的磷酸铁锂正极极片的制备方法，其特征在于，包括：

5.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求1-3任意一项所述的磷酸铁锂正极极片，以及隔膜、电解液和负极极片。

6.根据权利要求5所述的锂离子电池，其特征在于，所述负极极片的n/p比为1.2。

7.根据权利要求5或6所述的锂离子电池，其特征在于，所述负极极片的活性材料为石墨类材料。

8.一种用电设备，其特征在于，包括权利要求5-7任意一项所述的锂离子电池，所述锂离子电池为所述用电设备提供电能。

技术总结本申请涉及锂离子电池领域，公开了一种磷酸铁锂正极极片及其制备方法以及锂离子电池和用电设备。本申请所述正极极片包括集流体和涂覆于集流体上的正极材料；所述正极材料包括磷酸铁锂、粘结剂、导电剂、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和石墨烯；所述正极极片的面密度为420‑430g/cm2，压实密度为2.55g/cm3。本申请所述正极极片具有较高的面密度，并通过优化正极材料的配方组成，将磷酸铁锂正极极片的压实密度提高至其极限值范围，能够有效连接磷酸铁锂颗粒，形成良好的三维导电网络，使电池不仅保持优异的电化学性能，还能够提升极片的柔软性，减少极片的内应力，防止极片出现脆片、断片等问题。技术研发人员：刘睿奇,单旭,杨联贵,吴双峰,甘欣雨,鹿佳怡受保护的技术使用者：格力钛新能源股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/10