一种锂电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种锂电池，包括正极集流体、负极集流体和活性功能层，活性功能层是由正极活性物质、负极活性物质和传导锂离子的物质混合得到，即本发明专利技术所提供的锂电池，将现有技术中分离的正极功能层、隔离层、负极功能层融合成一层，使得层与层间的接触转变为物质颗粒间的接触，减小了锂离子的传输路径，降低了电池内阻，还可避免因电池体积变化而产生的掉粉。粉。

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂电池
，尤其涉及一种锂电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池以其高能量密度、高工作电压、长循环寿命、低自放电率、无记忆效应、环境友好等优点而得到广泛的应用。现有的锂离子电池，无论是传统的使用有机电解液的锂离子电池、无机全固态锂电池还是聚合物全固态锂电池，其电池结构一般包括正极层、隔离层和负极层，其中，正极层又包括正极集流体和涂覆在正极集流体上的正极浆料，负极层又包括负极集流体和涂覆在负极集流体上的负极浆料，隔离层可以为隔膜、固态电解质、凝胶电解质等。由于各结构层有着不同的作用，因而在制备电池时，需将各结构层以不同的方式堆叠在一起，再进行压制等，工艺复杂且困难。不仅如此，由于各结构层之间也会存在明显的界限，因而会造成电池内阻增大，影响电池循环性能。同时，在电池充放电过程中，锂离子在正负极中的嵌入与脱出，会造成正极层和负极层发生不同的体积变化，各层之间的相互应力也有所不同，使得在此过程中易发生正、负极层的粉化剥落，甚至是层与层之间的剥离，严重的影响了锂离子电池的循环性能。

技术实现思路

[0003]为解决现有技术中电池内部各结构层间存在的接触问题、极片中的掉粉问题，本专利技术提供了一种锂电池及其制备方法，该锂电池将现有技术中分离的正极功能层、隔离层、负极功能层融合成一层，使得层与层间的接触转变为物质颗粒间的接触，减小了锂离子的传输路径，降低了电池内阻，还可避免因电池体积变化而产生的掉粉。
[0004]为实现上述目的，一方面，本专利技术提供了一种锂电池，包括正极集流体、负极集流体和活性功能层，所述活性功能层由正极活性物质、负极活性物质和传导锂离子的物质混合得到，所述正极集流体和所述正极活性物质表面包覆第一材料，所述第一材料为离子良导体，所述负极集流体和所述负极活性物质表面包覆第二材料，所述第一材料与所述第二材料可反应生成不导电子的绝缘物质。
[0005]与现有技术相比，本专利技术所提供的锂电池为单层结构，该单层结构指的是在正、负集流体之间只存在一层活性功能层，而现在技术中，正、负集流体间包括正极层、负极层，即存在层与层之间的界面，该界面不仅会增大电池内阻、降低电池性能，还会存在因锂的嵌脱电池体积变化导致正极层、负极层中的活性物质脱落的隐患。单层结构是通过将正极活性物质、负极活性物质、传导锂离子的物质等混合在一起得到的，即可达到活性物质颗粒级别的均匀混合，并不存在活性物质间的层界面，使得锂离子的传输从传统电池中在正极层与负极层间的传输，转变为在相邻的正极活性物质颗粒与负极活性物质颗粒间的传输，从而大大减少了锂离子的传输距离，极大的降低了锂离子传输的内阻，增强了锂电池的倍率性能；此外，颗粒级别的均匀混合，也优化并缓和了正、负极活性物质颗粒之间的体积变化，不会出现传统的锂电池正极层和负极层因体积变化导致的电池变形、掉粉、容量衰减等问题，
且选择合适的正、负极活性物质配置后，可以将电池循环过程中整体体积变化减少到极小的程度。此外，单层结构设计的锂电池因为没有隔膜组分，相比于传统的多层锂离子电池，可提升电池整体的致密度，从而可提高电池的能量密度。此外，通过在正、负极活性物质与正、负极集流体表面包覆第一材料和第二材料，且第一材料与第二材料可反应生成不导电子的绝缘物质，从而使得该单层结构的锂电池能够正常工作，不会出现内短路的现象。
[0006]另一方面，本专利技术提供了上述锂电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）制备混合有正极活性物质、负极活性物质和传导锂离子的物质的活性功能层浆料；（2）将步骤（1）制备的活性功能层浆料涂覆在正极集流体和负极集流体之间，得到锂电池。
[0007]与现有技术相比，本专利技术所提供的锂电池的制备方法大大缩减了电池的制备流程和工艺。传统电池制备工艺中包括制备正极涂覆浆料、负极涂覆浆料，将正极涂覆浆料、负极涂覆浆料分别涂覆在对应的集流体上得到正极片和负极片等流程，步骤多且繁琐，使得制备中对电池性能有影响的因素也很多，这对于电池性能的均一性而言是较困难的挑战。而本专利技术所提供的制备方法通过直接将正、负极活性物质与传导锂离子的物质混合在一起得到涂覆浆料，再将其涂覆在正、负集流体之间，从而简化了制备流程和工艺；此外，通过此方法得到的锂电池中只存在一层活性功能层，且锂离子的传输就发生在该层中，即锂离子在邻近的正极活性物质颗粒和负极活性物质颗粒间进行脱嵌，由于正、负极活性物质颗粒之间锂离子的传输路径极短，且可通过正负极活性物质用量的调节，可以适当调节在充放电过程中的体积变化，使得制备得到的锂电池相较于现有技术中的锂电池有着更好的倍率性能和更小的体积变化。此外，为使得制备得到的锂电池能够正常工作，在正极活性物质和正极集流体表面包覆离子良导体的第一材料，在负极活性物质和负极集流体表面包覆可与第一材料反应生成不导电子的绝缘物质的第二材料，从而可避免电池制备或工作中出现内短路的现象，保证了电池的正常运行。
附图说明
[0008]图1为本专利技术一实施例固态锂电池示意图；101——正极集流体；102——负极集流体；103——活性功能层。
具体实施方式
[0009]为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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，此处所给的附图仅为本专利技术所提供锂电池的结构示意图，而并非截面图，是为了更好的解释本专利技术；此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0010]一方面，本专利技术提供了一种锂电池，包括正极集流体、负极集流体和活性功能层，活性功能层由正极活性物质、负极活性物质和传导锂离子的物质混合得到，正极集流体和正极活性物质表面包覆第一材料，且第一材料为离子良导体，负极集流体和负极活性物质表面包覆第二材料，且第一材料与第二材料可反应生成不导电子的绝缘物质。
[0011]本专利技术所提供的锂电池中的活性功能层并未分成正极层、负极层等，即活性功能层中并不存在层与层间的界面，而是达到了物质颗粒与颗粒间的均匀混合，即在本专利技术所
提供的锂电池中，在正、负集流体之间只存在一层结构，且该层含有正极活性物质、负极活性物质和传导锂离子的物质，即锂离子的传输可直接在该层中完成，锂离子会在相邻的正极活性物质颗粒与负极活性物质颗粒间传输，相较于现有技术锂电池中锂离子的传输，本专利技术所提的锂电池中锂离子的传输路径得到了很大程度上的缩减，从而可降低电池内阻，提高电池的倍率性能等。此外，单层活性功能层的设计，使得锂离子的嵌脱是发生在相邻的正、负活性物质颗粒间的，相较于现有技术中的锂电池，有着更小的体积变化，可避免因体积变化而导致的掉粉现象。不仅如此，单层结构的设计还可增大电池的致密度，有助于提高电池的能量密度。
[0012]此外，由于正极活性物质是与负极活性物质混合在一起后，直接涂覆在正、负极集流体之间的，因而为了避免正、负极接触短路，以及构建完整的锂离子传输通路和电子传输通路，需要对正、负极集流体和正、负极活性物质进行包覆处理。正极集流体和正极活性物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂电池，其特征在于，包括正极集流体、负极集流体和活性功能层，所述活性功能层由正极活性物质、负极活性物质和传导锂离子的物质混合得到，所述正极集流体和所述正极活性物质表面包覆第一材料，所述第一材料为离子良导体，所述负极集流体和所述负极活性物质表面包覆第二材料，所述第一材料与所述第二材料可反应生成不导电子的绝缘物质。2.根据权利要求1所述的锂电池，其特征在于，所述第一材料选自LiH2PO4、Na2S2O3、LiClO4、LiIO3、 LiIO4、LiN3中的至少一种，所述第二材料选自金属锂。3.根据权利要求1所述的锂电池，其特征在于，所述正极活性物质在所述活性功能层中的质量占比为30-80%，所述负极活性物质在所述活性功能层中的质量占比为5-50%。4.根据权利要求1所述的锂电池，其特征在于，所述正极集流体表面包覆的第一材料的厚度为5-500nm，所述负极集流体表面包覆的第二材料的厚度为5-500nm，所述正极活性物质表面包覆的第一材料的厚度为10nm-5μm，所述负极活性物质表面包覆的第二材料的厚度为10nm-5μm。5.根据权利要求1所述的锂电池，其特征在于，所述传导锂离子的物质选自固态电解质、凝胶电解质、液态有机电解液中的至少一种。6.根据权利要求5所述的锂电池，其特征在于，所述固态电解质选自NASICON型固态电解质、石榴石型固态电解质、钙钛矿型固态电解质、硫系固态电解质中的一种或多种。7.根据权利要求1所述的锂电池，其特征在于，所述正极活性物质选自LiCoO2、LiNiO2、LiCo
x
Ni
1-x
O2（0≤x≤1）、LiCo
x
Ni
1-x-y
Al
y
O2（0≤x≤1，0≤y≤1）、LiMn2O4、LiFe

【专利技术属性】
技术研发人员：历彪，郭姿珠，王国帅，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：