一種兼具高安全制造技術

本發明專利技術涉及一種兼具高安全

【技術實現步驟摘要】
一種兼具高安全、高容量的鋰電池用三元正極極片及其制備方法和用途
[0001]分案申請
[0002]本專利技術為申請日為
2020
年
05
月
27
日
、
申請號為
202010464212.0、
名稱為“一種兼具高安全
、
高容量的鋰電池用三元正極極片及其制備方法和用途”的中國專利技術專利申請的分案申請
。


[0003]本專利技術屬于鋰電池領域，涉及一種兼具高安全
、
高容量的鋰電池用三元正極極片及其制備方法和用途
。

技術介紹

[0004]當今社會能源與環境是人類社會生存與發展的基本條件，是支撐國家建設和經濟發展的重要物質基礎，也是當今全世界所面臨的相互矛盾的兩大難題
。
近些年來，隨著科學的發展，尤其是汽車的快速增長，能源的枯竭以及環境的污染嚴重影響了社會的生存與發展
。
一種新型綠色能源技術正在被開發利用，鋰離子電池因具有使用壽命長
、
工作電壓高和能量密度高等優點而被廣泛應用
。
[0005]當今社會能源與環境是人類社會生存與發展的基本條件，是支撐國家建設和經濟發展的重要物質基礎，也是當今全世界所面臨的相互矛盾的兩大難題
。
近些年來，隨著科學的發展，尤其是汽車的快速增長，能源的枯竭以及環境的污染嚴重影響了社會的生存與發展
。
一種新型綠色能源技術正在被開發利用，鋰離子電池因具有使用壽命長
、
工作電壓高和能量密度高等優點而被廣泛應用
。
[0006]三元材料具有克容量大
、
循環使用壽命長
、
低溫性能好
、
原料豐富等優點，而且可以同時克服磷酸鐵鋰容量低
、
鈷酸鋰材料成本高
、
錳酸鋰材料穩定性差等問題，被認為是動力型鋰電池最具潛力的正極材料之一，因此高鎳三元材料在電動汽車領域具有良好的應用前景；但其存在著高溫穩定性差
、
容易發生熱失控，且三元材料中的鎳含量越高，熱穩定性越差
。
提高三元正極材料的安全性，是關乎高能量密度三元鋰電池在動力電池領域廣泛應用的關鍵，也是目前研究的熱點方向之一
。
[0007]CN103151513A
公開了一種高性能三元動力電池及其制備方法，其采用包覆
Al2O3的鎳鈷錳酸鋰三元材料來改善三元電池的安全性能，但該專利技術在溫度較高的情況下對安全性改善不大作用相對有限
。CN104409681A
公開了一種含
PTC
涂層的鋰離子電池極片的制備方法，其采用預先在集流體上涂覆具有溫度敏感性的預涂層，再涂覆正極或負極活性材料，該預涂層在常溫時導電性良好，當溫度升高時，電阻急劇上升，防止電池進一步升溫，從而提高鋰離子電池的安全性
。
但是由于針刺熱失控瞬間發生，該涂層的作用機制往往來不及起作用，不能起到有效地提高針刺安全性的作用
。
[0008]因此，開發一種兼具高安全
、
高容量的三元正極極片及其制備方法仍具有重要意義
。

技術實現思路

[0009]本專利技術的目的在于提供一種兼具高安全
、
高容量的鋰電池用三元正極極片及其制備方法和用途，所述三元正極極片包含集流體及位于所述集流體表面的正極活性物質層，所述正極活性物質層中包含有能傳輸鋰離子的氧化物固態電解質，所述氧化物固態電解質為多孔球形顆粒；本專利技術所述三元正極極片的正極活性物質層中分散有上述多孔球形的氧化物固態電解質，其能明顯改善鋰電池的安全性，由其所得鋰電池的針刺
、
加熱及形變擠壓測試的通過率明顯改善，且其具有高的比容量，所得鋰電池的比容量可達
300Wh/kg
以上
。
[0010]此處所述高安全指的是由本專利技術所述三元正極極片所得鋰電池可通過針刺測試
、180℃
加熱
2h
測試及
50
％形變擠壓測試；
[0011]此處所述高容量指的是由本專利技術所述三元正極極片的面容量可達
4mAh/cm2以上
。
[0012]為達到此專利技術目的，本專利技術采用以下技術方案：
[0013]第一方面，本專利技術提供了一種兼具高安全
、
高容量的鋰電池用三元正極極片，所述三元正極極片包括集流體及位于所述集流體表面的正極活性物質層，所述正極活性物質層中包含有能傳輸鋰離子的氧化物固態電解質，所述氧化物固態電解質為多孔球形顆粒
。
[0014]本專利技術所述三元正極極片的正極活性物質層中分散有上述多孔球形的氧化物固態電解質，其能明顯改善由所得三元正極極片得到的鋰電池的安全性和容量，所得鋰電池可通過針刺測試
、180℃
加熱
2h
測試及
50
％形變擠壓測試
。
所得鋰電池能量密度可達
300Wh/kg。
[0015]由本專利技術所述三元正極極片得到的鋰電池在高面容量條件下具有更優的循環性能
。
[0016]優選地，所述多孔球形顆粒的孔隙率為5?
70
％，例如5％
、10
％
、15
％
、20
％
、25
％
、30
％
、35
％
、40
％
、45
％
、50
％
、55
％
、60
％
、65
％
、70
％等，優選為
40
?
70
％
。
[0017]優選地，所述氧化物固態電解質的粒徑為
0.1
?
10
μ
m
，例如
0.2
μ
m、0.3
μ
m、0.4
μ
m、0.5
μ
m、0.6
μ
m、0.7
μ
m、0.8
μ
m、0.9
μ
m、1.0
μ
m、2
μ
m、3
μ
m
等，優選為
0.5
?3μ
m。
[0018]本專利技術所述三元正極極片中氧化物固態電解質的粒徑在上述范圍內，將其分散在正極活性物質層中能明顯改善由所述三元正極極片得到的鋰電池的安全性和容量；當氧化物固態電解質的粒徑＜
0.1
μ
m
時，氧化物固態電解質粒徑太小，界面電阻變大，會阻隔離子傳輸，增加界面阻抗，降低電池的能量密度；當氧化物固態電解質的粒徑＞
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【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.
一種鋰電池用三元正極極片，所述三元正極極片包括集流體及位于所述集流體表面的正極活性物質層，其特征在于，所述正極活性物質層中包含有能傳輸鋰離子的氧化物固態電解質，所述氧化物固態電解質為多孔球形顆粒；其中，以所述正極活性物質層中正極活性物質和氧化物固態電解質的質量之和為
100
％計，所述氧化物固態電解質的質量百分含量為
0.1
?3％
。2.
如權利要求1所述的三元正極極片，其特征在于，所述多孔球形顆粒的孔隙率是5?
70
％，優選為
40
?
70
％
。3.
如權利要求1或2所述的三元正極極片，其特征在于，所述氧化物固態電解質的粒徑為
0.1
?
10
μ
m
，優選為
0.5
?3μ
m。4.
如權利要求1?3中任一項所述的三元正極極片，其特征在于，所述氧化物固態電解質包括
NASICON
結構
、
鈣鈦礦結構
、
反鈣鈦礦結構
、LISICON
結構及石榴石結構中的至少一種；優選地，所述
NASICON
結構選自
Li
1+x
Al
x
Ge2?
x
(PO4)3、Li
1+x
Al
x
Ge2?
x
(PO4)3的同晶型異原子摻雜化合物
、Li
1+y
Al
y
Ti2?
y
(PO4)3及
Li
1+y
Al
y
Ti2?
y
(PO4)3的同晶型異原子摻雜化合物中的至少一種，
x
選自
0.1
～
0.4
，
y
選自
0.1
～
0.4
；優選地，所述鈣鈦礦結構選自
Li
3z
La
2/3
?
z
TiO3、Li
3z
La
2/3
?
z
TiO3的同晶型異原子摻雜化合物
、Li
3/8
Sr
7/16
Ta
3/4
Hf
1/4
O3、Li
3/8
Sr
7/16
Ta
3/4
Hf
1/4
O3的同晶型異原子摻雜化合物
、Li
2a
?
b
Sr1?
a
Ta
b
Zr1?
b
O3及
Li
2a
?
b
Sr1?
a
Ta
b
Zr1?
b
O3的同晶型異原子摻雜化合物中的至少一種，
z
選自
0.06
～
0.14
，
a
選自
0.75
×
b
，
b
選自
0.25
～1；優選地，所述反鈣鈦礦結構選自
Li3?
2x
M
x
H...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李文俊，楊浩，徐航宇，俞會根，
申請(專利權)人：北京衛藍新能源科技有限公司，
類型：發明
國別省市：