一种锂电池正极结构及其制备方法、锂电池结构技术

本发明专利技术涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种锂电池正极结构及其制备方法、锂电池结构。一种锂电池正极结构，该锂电池正极结构包括正极集流体和形成在所述正极集流体之上的正极薄膜层，所述正极薄膜层包括正极材料，所述正极薄膜层上远离正极集流体一侧依次形成有过渡层和修饰层。正极薄膜层之上设置有过渡层，能有效降低正极薄膜与修饰层之间的界面阻抗，而过渡层上的修饰层能有效阻止电解质和正极薄膜层的直接接触，避免电解质中的微量HF与包含了所述修饰层的正极电池结构的不可逆反应，同时抑制高压充电下正极结构层的塌陷，从而使得利用该正极结构层制成的电池的可逆容量和循环性得到提升。

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池正极结构及其制备方法、锂电池结构
本专利技术涉及锂电池
，尤其涉及一种锂电池正极结构及其制备方法、锂电池结构。
技术介绍
锂电池具有高能量密度和输出工作电压的优点，被广泛用于数码电子产品、电动汽车及大规模储能等方面。正极材料是锂电池的重要组成部分，直接影响着锂电池的容量、循环性能等参数。常见的正极材料有磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、三元材料等。但是在高电压下，正极材料结构会发生不可逆的塌陷，从而导致容量快速衰减。此外，锂电池充放电过程中，电极表面会生成一层固体电解质界面膜(SEI膜)，其主要成分为锂的化合物，稳定的SEI膜能有效阻止有机大分子进入电极材料结构中增强电极稳定性，从而有效提高电池的循环性能，但同时也会造成一部分锂损失，因此，如何生成稳定的SEI膜将是解决LiCoO2电池高容量、高电压、高能量等高性能的关键问题。
技术实现思路
为克服目前锂离子正极结构容易发生不可逆的塌陷，导致离子电池结构电能容量变低，充放电循环效果变差的问题，本专利技术提供一种锂电池正极结构稳定，电能比容量高、充放电循环效果好的锂电池正极结构及其制备方法。本专利技术为了解决上述技术问题，提供一技术方案：一种锂电池正极结构，该锂电池正极结构包括正极集流体和形成在所述正极集流体之上的正极薄膜层，所述正极薄膜层包括正极材料，所述正极薄膜层上远离正极集流体一侧依次形成有过渡层和修饰层。优选地，所述过渡层包括所述正极薄膜层所述包括的正极材料和快离子导体，所述修饰层包括快离子导体，所述快离子导体为Li1+yAyTi2-x-yMx(PO4)3(0≤x≤2,0≤y≤2和0≤x+y≤2，A＝Al、Ga、In、Sc、Y，M＝Ge、Zr、Hf等)、La2/3-xLi3xTiO3(0.05＜x＜0.167)中的任一种。优选地，所述过渡层厚度为50-100nm，所述修饰层的厚度为10-60nm。本专利技术为了解决上述技术问题，提供又一技术方案：一种制备上述锂电池正极结构的方法：利用磁控溅射法在正极集流体上形成正极薄膜层；利用磁控溅射法在所述正极薄膜层上远离所述正极集流体一侧依次形成过渡层和修饰层，所述过渡层包括正极薄膜层所包括的正极材料和快离子导体，所述修饰层包括快离子导体。进一步地，利用磁控溅射法在正极集流体上形成正极薄膜层的步骤具体为：提供正极集流体作为基板；安装正极薄膜层靶材；将真空抽到5ⅹ10-4Pa以下；将基片架的温度加热至100-400℃；调节气压为0.5-1.5Pa、氩气和氧气的比例7:3-9:1、溅射功率为80-120W进行溅射，溅射时间为2h，得到形成在所述正极集流体上的正极薄膜层。优选地,所述气压为1.0Pa，氩气和氧气的比例：9:1，溅射功率优选为：120W。利用磁控溅射法在所述正极薄膜层上远离所述正极集流体一侧依次形成过渡层和修饰层，所述过渡层包括正极薄膜层所包括的正极材料和快离子导体，所述修饰层包括快离子导体，具体步骤如下：安装钴酸锂(LiCoO2)靶材和快离子导体Li0.33La0.56TiO3靶材；将形成在正极集流体上的正极薄膜层安装在基片架上；将真空抽到5ⅹ10-4Pa以下；将基片架的温度加热至100-400℃；调节气压0.5-1.0Pa、氩气和氧气的比例7:3-9:1、溅射功率为80-120W进行溅射；钴酸锂(LiCoO2)靶材和快离子导体Li0.33La0.56TiO3靶材共同溅射30min，得到形成在所述正极薄膜层之上的过渡层；快离子导体Li0.33La0.56TiO3靶材再单独溅射30min；在400℃下进行退火处理，时间为3h，得到形成在所述过渡层之上的修饰层。优选地，钴酸锂(LiCoO2)靶材和快离子导体Li0.33La0.56TiO3靶材共溅射的过程中钴酸锂(LiCoO2)靶材的溅射功率优选为120W,快离子导体Li0.33La0.56TiO3靶材的溅射功率优选为：100W；快离子导体Li0.33La0.56TiO3靶材单独溅射30min的溅射功率优选为100W。优选地，钴酸锂(LiCoO2)靶材和快离子导体Li0.33La0.56TiO3靶材共溅射的过程中氩气和氧气的比例按如下梯度变化，依次为：在氩气：氧气＝9:1、8:2和7:3的条件下各溅射10分钟。优选地，本专利技术的目的之三在于提供一种锂电池结构，其包括如上述所述的锂电池正极结构，和正极结构相向设置的负极结构以及位于正极结构和负极结构之间的电解质层。相对于现有技术，正极薄膜层之上设置有过渡层，能有效降低正极薄膜层与修饰层之间的界面阻抗，而过渡层之上的修饰层能有效阻止电解质和正极薄膜层之间直接接触，避免电解质中的微量HF与包含了所述正极薄膜层的正极结构的不可逆反应，同时抑制高压充电下正极结构的塌陷，从而使得利用该正极结构制成的电池的可逆容量和循环性得到提升。过渡层包括正极薄膜层所包含的正极材料，同时其包含了修饰层所包含的快离子导体，在正极薄膜层和修饰层之间起到了很好的过渡作用，能很好增强正极薄膜层和修饰层之间晶格匹配性，降低正极薄膜层和修饰层之间的界面阻抗，增强导电离子在修饰层和正极薄膜层之间的传导性能，进而提高包含所述过渡层的电极结构的导电能力。所述过渡层的厚度为50－100nm，能很好的减低修饰层和正极薄膜层之间的界面效应，从而降低界面阻抗。修饰层的厚度为10－60nm。表面修饰层的厚度在10－60nm的范围之内，既能将电解质和过渡层隔开，同时也能保证电解质中导电离子和正极薄膜层的传导性能。利用磁控溅射法在所述正极薄膜层上形成所述过渡层和修饰层，所述过渡层包括钴酸锂和快离子导体，所述修饰层包括快离子导体，能得到较致密的表面修饰层。钴酸锂(LiCoO2)靶材和快离子导体Li0.33La0.56TiO3靶材共溅射的过程中钴酸锂(LiCoO2)靶材的溅射功率优选为120W,快离子导体Li0.33La0.56TiO3靶材的溅射功率优选为：100W。钴酸锂(LiCoO2)靶材和快离子导体Li0.33La0.56TiO3靶材共溅射的过程中氩气和氧气的比例按如下梯度变化，依次为：在氩气：氧气＝9:1、8:2和7:3的条件下各溅射10分钟。使得溅射形成的过渡层结构比较致密。本专利技术的目的之三在于提供一种锂电池结构，其包括上述所述的锂电池正极结构和电解质层。该锂电池结构稳定性高，充放电循环效果好。【附图说明】图1是本专利技术中锂电池正极结构的整体结构示意图；图2是本专利技术中将正极薄膜层形成在所述正极集流体之上的流程图；图3是本专利技术中将过渡层和修饰层溅射到正极薄膜层上的流程图；图4是本专利技术中锂电池结构的整体结构示意图。【具体实施方式】为了使本专利技术的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参阅图1，一种锂电池正极结构30，该锂电池正极结构30包括正极集流体1001和形成在所述正极集流体1001之上的正极薄膜层1002，所述正极薄膜层1002包括正极材料，所述正极薄膜层1002上远离正极集流体1001一侧依次形成有过渡层1003和修饰层1004。集流体，是指汇集电流的结构或者零件，在离子电池上主要指的是金属箔，如铜箔、铝箔，泛指可以包括极耳。其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂电池正极结构，其特征在于：该锂电池正极结构包括正极集流体和形成在所述正极集流体之上的正极薄膜层，所述正极薄膜层包括正极材料，所述正极薄膜层上远离正极集流体一侧依次形成有过渡层和修饰层。

【技术特征摘要】
1.一种锂电池正极结构，其特征在于：该锂电池正极结构包括正极集流体和形成在所述正极集流体之上的正极薄膜层，所述正极薄膜层包括正极材料，所述正极薄膜层上远离正极集流体一侧依次形成有过渡层和修饰层。2.如权利要求1所述的锂电池正极结构，其特征在于：所述过渡层包括所述正极薄膜层所述包括的正极材料和快离子导体，所述修饰层包括快离子导体，所述快离子导体为Li1+yAyTi2-x-yMx(PO4)3(0≤x≤2,0≤y≤2和0≤x+y≤2，A＝Al、Ga、In、Sc、Y；M＝Ge、Zr、Hf等)、La2/3-xLi3xTiO3(0.05＜x＜0.167))中的任一种。3.如权利要求1中所述的锂电池正极结构，其特征在于：所述过渡层厚度为50-100nm，所述修饰层的厚度为10-60nm。4.一种锂电池正极结构的制备方法，包括如下步骤：利用磁控溅射法在正极集流体上形成正极薄膜层；利用磁控溅射法在所述正极薄膜层上远离所述正极集流体一侧依次形成过渡层和修饰层，所述过渡层包括正极薄膜层所包括的正极材料和快离子导体，所述修饰层包括快离子导体。5.如权利要求4所述的锂电池正极结构的制备方法，其特征在于：利用磁控溅射法在正极集流体上形成正极薄膜层的步骤具体为：提供正极集流体作为基板；安装正极薄膜层靶材；将真空抽到5ⅹ10-4Pa以下；将基片架的温度加热至100-400℃；调节气压为0.5-1.5Pa、氩气和氧气的比例7:3-9:1、溅射功率为80-120W进行溅射，溅射时间为2h，得到形成在所述正极集流体上的正极薄膜层。6.如权利要求5所述的锂电池正极结构的制备方法，其特征在于：所述溅射功率优选为120W。7.如权利要求4所述的锂电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓琨，宋世湃，
申请(专利权)人：成都英诺科技咨询有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51