一种含固态电解质的高镍三元复合正极及锂离子电池制造技术

本发明专利技术涉及锂电池领域，公开了一种含固态电解质的高镍三元复合正极及锂离子电池，复合正极包括正极集流体、设有正极集流体上的正极材料层，正极材料层由含有正极活性物质、无机固态电解质、导电剂和粘结剂的正极浆料固化而成。含有本发明专利技术高镍三元复合正极的锂离子电池可同时具有高能量密度及高功率密度，锂离子电池倍率、高温存储及循环性能得到改善，同时保证电池的安全性能，以满足动力电池的需求。以满足动力电池的需求。以满足动力电池的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种含固态电解质的高镍三元复合正极及锂离子电池


[0001]本专利技术涉及锂电池领域，尤其涉及一种含固态电解质的高镍三元复合正极及锂离子电池。

技术介绍

[0002]随着电动汽车的快速发展，对锂离子电池的要求也越来越高。锂离子电池不仅需要具有高能量密度和高功率密度，还需要有优异的高温性能、长循环寿命和高安全性性等。然而，现阶段商业化锂离子电池能量密度较低，而且难以同时满足既高能量密度又高功率密度，无法满足电动车日益增长的需求。因此，开发高能量密度和高功率密度锂离子电池成为当今社会研究的热点及行业发展的趋势，这对于推进电动车发展进程具有重要作用。
[0003]基于动力电池技术发展规划目标，2025年单体电池能量密度需要达到400Wh/Kg，结合现有的电池各个层次性能对比，可以看出在材料层面和电极层面电池的能量密度还有很大的提升空间。锂离子电池正极材料作为电池能量的来源和载体，对于提升锂离子电池能量密度有很大帮助，尤其是高镍三元正极材料，可显著提升锂离子电池能量密度。然而，随着镍含量的提高，材料的结构稳定性及热稳定性降低，导致高温循环性能、高温存储性能下降，同时安全性也大幅度降低。为了提高电池功率，通常选择提高导电剂的用量或降低面密度，相对应的是降低了活性物质在锂离子电池中的占比，降低了锂离子电池的能量密度。因此，为了同时满足对锂离子电池能量密度及高功率密度的需求，亟需提高高镍三元锂离子电池的倍率、高温存储及循环、安全性能，以推进电动车大规模应用。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种含固态电解质的高镍三元复合正极及锂离子电池，含有本专利技术含固态电解质的高镍三元复合正极的锂离子电池可同时具有高能量密度及高功率密度，锂离子电池倍率、高温存储及循环性能得到改善，同时保证电池的安全性能，以满足动力电池的需求。
[0005]本专利技术的具体技术方案为：第一方面，本专利技术提供了一种含固态电解质的高镍三元复合正极，包括正极集流体、设有所述正极集流体上的正极材料层，所述正极材料层由含有正极活性物质、无机固态电解质、导电剂和粘结剂的正极浆料固化而成。
[0006]所述正极活性物质选自高镍镍钴锰LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2或高镍镍钴铝LiNi
x
Co
y
Al
z
O2中的一种或多种，其中0.6 ≤ x＜1.0，0＜y＜0.2，x+y+z=1。
[0007]所述的无机固态电解质选自Li7La3Zr2O
12
、Li
10
GeP2S
12
、Li2O
‑
Al2O3‑
SiO2‑
P2O5‑
TiO2‑
GeO2、Li2O
‑
Al2O3‑
SiO2‑
P2O5‑
TiO2、Li
6.75
La3Zr
1.75
Ta
0.25
O
12
、Li
9.54
Si
1.74
P
1.44
S
11.7
Cl
0.3
、Li2S
‑
P2S5、Li2O
‑
P2O5、Li
3.5
V
0.5
Ge
0.5
O4和Li
14
ZnGe4O
16
中的一种或多种。
[0008]如
技术介绍
中所述，高镍三元正极材料可显著提升锂离子电池能量密度。然而，随着镍含量的提高，材料的结构稳定性及热稳定性降低，导致高温循环性能、高温存储性能下
降，同时安全性也大幅度降低。为此，本专利技术以高镍三元材料作为正极，可先确保电池具备高能量密度，可达300Wh/Kg以上，可满足现阶段工业需求。同时为了解决高镍所带来的缺陷，本专利技术在正极中引入无机固态电解质，可明显提高复合正极的离子导电率及热稳定性，有效改善电池倍率、高温存储及循环性能，同时提高电池的安全性能。
[0009]具体地，在正极体系中引入无机固态电解质，可以提高传输通道与锂离子半径的相互匹配性，降低孔隙率，提高致密度，从而提高锂离子电导率，在高倍率放电条件下，电池极化降低，从而可以发挥出更多的容量。引入无机固态电解质可以改善固/固界面接触性，提高电解液浸润性，提升锂离子的迁移速率，降低电池内阻，从而提高电池循环性能，同时无机固态电解质电化学稳定性好、热稳定性优异，添加至正极极片中，可提高正极热稳定性，进一步提高电池的安全性能。
[0010]本专利技术中无机固态电解质选自Li7La3Zr2O
12
、Li
10
GeP2S
12
、Li2O
‑
Al2O3‑
SiO2‑
P2O5‑
TiO2‑
GeO2、Li2O
‑
Al2O3‑
SiO2‑
P2O5‑
TiO2、Li
6.75
La3Zr
1.75
Ta
0.25
O
12
、Li
9.54
Si
1.74
P
1.44
S
11.7
Cl
0.3
、Li2S
‑
P2S5、Li2O
‑
P2O5、Li
3.5
V
0.5
Ge
0.5
O4和Li
14
ZnGe4O
16
中的一种或多种。
[0011]上述材料在现有技术中常用作固态电池的固态电解质（存在于固态电解质层中而非正极中），作用是让锂离子在正负电极之间顺利地传导，其室温离子电导率高，同时具有热稳定高、安全性能好、电化学稳定窗口宽(达5V以上)的特点。在锂电池充放电过程中，锂离子在两个电极之间往返嵌入和脱出。作为正极添加剂，要求是一种有效的掺杂剂，既能提高离子电导率，又不会破坏化学和电化学稳定性，本专利技术团队通过研究发现上述几种材料可以很好的满足这些条件，将上述材料添加到正极后，锂离子的迁移速率得到提升，有助于锂离子在正极和负极之间的移动工作，提高了锂离子电导率，降低电池极化和内阻，对电池的倍率、循环性能和安全性能有改善的作用。
[0012]作为优选，所述正极活性物质、无机固态电解质、导电剂、粘结剂的干粉重量比为90
‑
98:0.1
‑
5:1
‑
3:1
‑
2。
[0013]作为优选，所述无机固态电解质的粒径小于1μm。
[0014]作为优选，所述正极活性物质为表面包覆有含Li
2+x
C1‑
x
B
x
O3的包覆层的高镍镍钴锰本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含固态电解质的高镍三元复合正极，包括正极集流体、设有所述正极集流体上的正极材料层，其特征在于：所述正极材料层由含有正极活性物质、无机固态电解质、导电剂和粘结剂的正极浆料固化而成；所述正极活性物质选自高镍镍钴锰LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2或高镍镍钴铝LiNi
x
Co
y
Al
z
O2中的一种或多种，其中0.6 ≤ x＜1.0，0＜y＜0.2，x+y+z=1；所述的无机固态电解质选自Li7La3Zr2O
12
、Li
10
GeP2S
12
、Li2O
‑
Al2O3‑
SiO2‑
P2O5‑
TiO2‑
GeO2、Li2O
‑
Al2O3‑
SiO2‑
P2O5‑
TiO2、Li
6.75
La3Zr
1.75
Ta
0.25
O
12
、Li
9.54
Si
1.74
P
1.44
S
11.7
Cl
0.3
、Li2S
‑
P2S5、Li2O
‑
P2O5、Li
3.5
V
0.5
Ge
0.5
O4和Li
14
ZnGe4O
16
中的一种或多种。2.如权利要求1所述的高镍三元复合正极，其特征在于，所述正极活性物质、无机固态电解质、导电剂、粘结剂的干粉重量比为90
‑
98:0.1
‑
5:1
‑
3:1
‑
2。3.如权利要求1所述的高镍三元复合正极，其特征在于，所述无机固态电解质的粒径小于1μm。4.如权利要求1所述的高镍三元复合正极，其特征在于，所述正极活性物质为表面包覆有含Li
2+x
C1‑
x
B
x
O3的包覆层的高镍镍钴锰或高镍镍钴铝，其中0<...

【专利技术属性】
技术研发人员：田军，陈彬，苏敏，韩笑，李凡群，
申请(专利权)人：万向集团公司，
类型：发明
国别省市：