一种锂离子电池正极及制备锂离子电池正极的装置、方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种锂离子电池正极及制备锂离子电池正极的装置、方法，所述锂离子电池正极包括：集流体、电极层和Li3PO4包覆层；所述电极层设置在所述集流体上，形成电极片，所述Li3PO4包覆层设置在所述电极片上；所述Li3PO4包覆层的厚度为1‑15nm。本发明专利技术在电极片的外表面设置一层均匀致密的Li3PO4包覆层，形成锂离子电池正极，不仅具有理想的导电性以及导锂性，还能提高循环寿命、容量以及稳定性。

Positive electrode of lithium ion battery and device and method for preparing positive electrode of lithium ion battery

The invention discloses a lithium-ion battery cathode and a device and method for preparing a lithium-ion battery cathode. The lithium-ion battery cathode comprises a fluid collector, an electrode layer and a Li3PO4 coating layer; the electrode layer is arranged on the fluid collector to form an electrode sheet; the Li3PO4 coating layer is arranged on the electrode sheet; and the Li3PO4 coating layer is arranged on the electrode sheet. The thickness of the coating is 1 15nm. A uniform and compact Li3PO4 coating layer is arranged on the outer surface of the electrode sheet to form a lithium ion battery cathode, which not only has ideal conductivity and lithium conductivity, but also can improve cycle life, capacity and stability.

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池正极及制备锂离子电池正极的装置、方法
本专利技术涉及锂电池制备
，特别是涉及一种锂离子电池正极及制备锂离子电池正极的装置、方法。
技术介绍
随着新能源汽车的发展，锂离子动力电池作为最热门的电动车动力电池而备受关注。相对发展成熟稳定的商业石墨负极，针对于高容量，长寿命，低成本，安全环保的正极的研发显得尤为迫切。当前商用的锂电池正极的材料主要有层状结构的钴酸锂、三元材料、尖晶石结构的锰酸锂以及橄榄石结构的磷酸铁锂。尤其三元材料拥有较高的比容量，能量密度和功率密度，比较稳定的性能，从而成为商业正极的热门材料。但是随着镍含量的增加，三元材料的电化学性能、热稳定性、结构稳定性还需进一步提高，尤其在高温以及高电位测试环境下。例如在电极和电解液接触时，生成HF极易腐蚀正极材料，造成材料中金属离子的溶解，破坏材料结构，使界面产生退化，所以为了保持长久的循环寿命，亟需设计一种稳定的电极/电解质界面。为了解决这一问题，通过对正极的三元材料进行表面包覆改性是改善其循环性能的一个有效方法。包覆层可以阻止主体材料直接与电解液接触，从而提高电池容量保持率、改善倍率性能、增强热稳定性。同时表面包覆技术也是目前广泛应用于高压正极材料的改性技术。传统的的锂离子电池正极的材料包覆方法主要有固相法、液相法和气相法，它们在均匀性以及可控性上尚存在缺陷，从而无法完全隔离正极材料表面和电解液的接触。原子层沉积技术(ALD)是一种新型的特殊的化学气相沉积技术，制备的膜层具有均匀、致密、厚度精确可控、高保形性等优点。ALD包覆技术可以改进材料界面，能够在纳米尺度上很好的保护锂离子电池正极，抑制材料与电解液的副反应，提高循环性能，同时减少材料在反复充放电过程中的锂离子电池正极结构坍塌。目前的报道中，被用作ALD包覆物来改善锂离子电池正极性能的物质主要有金属氧化物等钝化界面材料(Al2O3,ZrO2,TiO2)，但是这些氧化层离子介电常数低，不利于锂离子快速传导，因而虽然在锂离子电池正极的稳定性上有明显提升，却会造成容量显著下降。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种锂离子电池正极及制备锂离子电池正极的装置、方法，以实现提高锂离子电池正极的导电性以及导锂性。为实现上述目的，本专利技术提供一种锂离子电池正极，所述锂离子电池正极包括：集流体、电极层和Li3PO4包覆层；所述电极层设置在所述集流体上，形成电极片，所述Li3PO4包覆层设置在所述电极片上；所述Li3PO4包覆层的厚度为1-15nm。可选的，所述电极层的材料为富镍三元材料。可选的，所述富镍三元材料为富镍层状镍钴锰酸锂三元材料或层状镍钴铝三元材料。可选的，所述富镍三元材料颗粒的直径为4-20μm。本专利技术还提供一种锂离子电池正极的制备装置，所述制备装置包括：锂源瓶，用于盛放叔丁醇锂LiOtBu前驱体；磷源瓶，用于盛放三甲基磷酸酯TMPO前驱体；惰性气体瓶，用于盛放惰性气体；石英管，分别与所述锂源瓶、所述磷源瓶、所述惰性气体瓶通过管路连通，用于放置电极片和磷酸锂Li3PO4样品；反应腔室，所述石英管放置在所述反应腔室内部，用于提供真空实验环境；真空泵，与所述石英管通过管路连通，用于使所述反应腔室达到设定实验压力范围；加热器，用于给所述石英管进行加热，使所述反应腔室达到第一设定实验温度范围，当所述锂源瓶盛放的叔丁醇锂LiOtBu前驱体、所述磷源瓶盛放的三甲基磷酸酯TMPO前驱体沿管路分别进入石英管内，则在所述石英管发生热原子层沉积反应，使电极片表面沉积一层Li3PO4包覆层，生成锂离子电池正极；和/或射频电源与射频感应线圈；所述射频电源，用于产生电磁波；所述射频感应线圈，设置在所述石英管上，与所述射频电源相连，用于提供等离子原子层沉积反应环境；当所述锂源瓶盛放的叔丁醇锂LiOtBu前驱体、所述磷源瓶盛放的三甲基磷酸酯TMPO前驱体沿管路分别进入石英管内，则在所述石英管发生等离子体增强原子层沉积反应，使电极片表面沉积一层Li3PO4包覆层，生成锂离子电池正极。可选的，所述制备装置还包括：质量流量计，设置在所述惰性气体瓶与所述石英管之间，用于测量惰性气体进入所述石英管内的进气量；控制阀，分别与所述锂源瓶、所述磷源瓶、所述惰性气体瓶和所述石英管连通，用于选择控制三甲基磷酸酯TMPO前驱体、叔丁醇锂LiOtBu前驱体或所述惰性气体进入所述石英管。可选的，所述制备装置还包括：加热装置，用于给管路进行加热，使管路达到第二设定实验温度范围。本专利技术还提供一种锂离子电池正极的制备方法，所述制备方法包括：步骤S1：选取富镍三元材料为锂离子电池正极材料；步骤S2：将富镍三元材料制备成浆料涂布在集流体上，在80℃真空条件下烘干备用，形成电极片；步骤S3：将电极片置于反应腔室内的石英管中，反应腔室在沉积过程期间被抽真空至0.001Pa-1.0Pa范围内的任一压力值；步骤S4：调整控制阀，用锂源瓶内存储的叔丁醇锂LiOtBu前驱体脉冲0.1-2秒，进行吸附反应2-5秒，然后调整控制阀，通入惰性气体10秒以吹扫多余的叔丁醇锂LiOtBu前驱体；步骤S5：调整控制阀，用磷源瓶内存储的三甲基磷酸酯TMPO前驱体脉冲0.2-3秒，吸附反应1-6秒，然后通入惰性气体10秒吹扫多余的三甲基磷酸酯TMPO前驱体；步骤S6：持续通入惰性气体10-20秒清洗整个管路和真空反应腔室；步骤S7：步骤S4-S6为一个原子层沉积循环，依次重复进行以上周期循环实现Li3PO4在电极片表面逐层生长，调节不同的循环周期后，使电极片表面沉积一层Li3PO4包覆层，生成锂离子电池正极。可选的，在步骤S3之后还包括：开启加热器，使反应腔室内的温度达到第一设定实验温度范围200-450℃，以使石英管内发生热原子层沉积反应；或者开启射频电源，让射频感应线圈工作，以使石英管内发生等离子体增强原子层沉积反应。可选的，在步骤S4之前还包括：开启加热装置，使管路温度控制在第二设定实验温度范围50-250℃内，以保证三甲基磷酸酯TMPO前驱体在管路中的温度在50-100℃范围，叔丁醇锂LiOtBu前驱体在管路中的温度在100-200℃范围内。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术在电极片的外表面设置一层均匀致密的Li3PO4包覆层，形成锂离子电池正极，不仅具有理想的导电性以及导锂性，还能提高循环寿命、容量以及稳定性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例锂离子电池正极结构图；图2为本专利技术实施例制备锂离子电池正极的装置结构图；图3为本专利技术实施例制备锂离子电池正极的方法的流程图；图4为本专利技术实施例包覆Li3PO4包覆层的锂离子电池正极前后使用对比图。附图标记说明：1、质量流量计，2、锂源瓶，3、磷源瓶，4、真空泵，5、加热器，6、射频感应线圈，7、射频电源，8、石英管，9、控制阀，10、反应腔室。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池正极，其特征在于，所述锂离子电池正极包括：集流体、电极层和Li3PO4包覆层；所述电极层设置在所述集流体上，形成电极片，所述Li3PO4包覆层设置在所述电极片上；所述Li3PO4包覆层的厚度为1‑15nm。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极，其特征在于，所述锂离子电池正极包括：集流体、电极层和Li3PO4包覆层；所述电极层设置在所述集流体上，形成电极片，所述Li3PO4包覆层设置在所述电极片上；所述Li3PO4包覆层的厚度为1-15nm。2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极，其特征在于，所述电极层的材料为富镍三元材料。3.根据权利要求2所述的锂离子电池正极，其特征在于，所述富镍三元材料为富镍层状镍钴锰酸锂三元材料或层状镍钴铝三元材料。4.根据权利要求2所述的锂离子电池正极，其特征在于，所述富镍三元材料颗粒的直径为4-20μm。5.一种锂离子电池正极的制备装置，其特征在于，所述制备装置包括：锂源瓶，用于盛放叔丁醇锂LiOtBu前驱体；磷源瓶，用于盛放三甲基磷酸酯TMPO前驱体；惰性气体瓶，用于盛放惰性气体；石英管，分别与所述锂源瓶、所述磷源瓶、所述惰性气体瓶通过管路连通，用于放置电极片和磷酸锂Li3PO4样品；反应腔室，所述石英管放置在所述反应腔室内部，用于提供真空实验环境；真空泵，与所述石英管通过管路连通，用于使所述反应腔室达到设定实验压力范围；加热器，用于给所述石英管进行加热，使所述反应腔室达到第一设定实验温度范围，当所述锂源瓶盛放的叔丁醇锂LiOtBu前驱体、所述磷源瓶盛放的三甲基磷酸酯TMPO前驱体沿管路分别进入石英管内，则在所述石英管发生热原子层沉积反应，使电极片表面沉积一层Li3PO4包覆层，生成锂离子电池正极；和/或射频电源与射频感应线圈；所述射频电源，用于产生电磁波；所述射频感应线圈，设置在所述石英管上，与所述射频电源相连，用于提供等离子原子层沉积反应环境；当所述锂源瓶盛放的叔丁醇锂LiOtBu前驱体、所述磷源瓶盛放的三甲基磷酸酯TMPO前驱体沿管路分别进入石英管内，则在所述石英管发生等离子体增强原子层沉积反应，使电极片表面沉积一层Li3PO4包覆层，生成锂离子电池正极。6.根据权利要求5所述的制备装置，其特征在于，所述制备装置还包括：质量流量计，设置在所述惰性气体瓶与所述石英管之间，用于测量惰性气体进入所述石英管内的进气量；控制阀，分别与所述锂源...

【专利技术属性】
技术研发人员：张跃飞，程晓鹏，桑利军，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11