一种兼具高安全、高容量的锂电池用三元正极极片及其制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及一种兼具高安全、高容量的锂电池用三元正极极片及其制备方法和用途，所述三元正极极片包含集流体及位于所述集流体表面的正极活性物质层，所述正极活性物质层中包含有能传输锂离子的氧化物固态电解质，所述氧化物固态电解质为多孔球形颗粒；本发明专利技术所述三元正极极片的正极活性物质层中分散有上述多孔球形的氧化物固态电解质，其能明显改善锂电池的安全性，由其所得锂电池的针刺、加热及形变挤压测试的通过率明显改善，且其具有高的容量。量。量。

【技术实现步骤摘要】
一种兼具高安全、高容量的锂电池用三元正极极片及其制备方法和用途


[0001]本专利技术属于锂电池领域，涉及一种兼具高安全、高容量的锂电池用三元正极极片及其制备方法和用途。

技术介绍

[0002]当今社会能源与环境是人类社会生存与发展的基本条件，是支撑国家建设和经济发展的重要物质基础，也是当今全世界所面临的相互矛盾的两大难题。近些年来，随着科学的发展，尤其是汽车的快速增长，能源的枯竭以及环境的污染严重影响了社会的生存与发展。一种新型绿色能源技术正在被开发利用，锂离子电池因具有使用寿命长、工作电压高和能量密度高等优点而被广泛应用。
[0003]当今社会能源与环境是人类社会生存与发展的基本条件，是支撑国家建设和经济发展的重要物质基础，也是当今全世界所面临的相互矛盾的两大难题。近些年来，随着科学的发展，尤其是汽车的快速增长，能源的枯竭以及环境的污染严重影响了社会的生存与发展。一种新型绿色能源技术正在被开发利用，锂离子电池因具有使用寿命长、工作电压高和能量密度高等优点而被广泛应用。
[0004]三元材料具有克容量大、循环使用寿命长、低温性能好、原料丰富等优点，而且可以同时克服磷酸铁锂容量低、钴酸锂材料成本高、锰酸锂材料稳定性差等问题，被认为是动力型锂电池最具潜力的正极材料之一，因此高镍三元材料在电动汽车领域具有良好的应用前景；但其存在着高温稳定性差、容易发生热失控，且三元材料中的镍含量越高，热稳定性越差。提高三元正极材料的安全性，是关乎高能量密度三元锂电池在动力电池领域广泛应用的关键，也是目前研究的热点方向之一。
[0005]CN103151513A公开了一种高性能三元动力电池及其制备方法，其采用包覆Al2O3的镍钴锰酸锂三元材料来改善三元电池的安全性能，但该专利技术在温度较高的情况下对安全性改善不大作用相对有限。CN104409681A公开了一种含PTC涂层的锂离子电池极片的制备方法，其采用预先在集流体上涂覆具有温度敏感性的预涂层，再涂覆正极或负极活性材料，该预涂层在常温时导电性良好，当温度升高时，电阻急剧上升，防止电池进一步升温，从而提高锂离子电池的安全性。但是由于针刺热失控瞬间发生，该涂层的作用机制往往来不及起作用，不能起到有效地提高针刺安全性的作用。
[0006]因此，开发一种兼具高安全、高容量的三元正极极片及其制备方法仍具有重要意义。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种兼具高安全、高容量的锂电池用三元正极极片及其制备方法和用途，所述三元正极极片包含集流体及位于所述集流体表面的正极活性物质层，所述正极活性物质层中包含有能传输锂离子的氧化物固态电解质，所述氧化物固态电解质
为多孔球形颗粒；本专利技术所述三元正极极片的正极活性物质层中分散有上述多孔球形的氧化物固态电解质，其能明显改善锂电池的安全性，由其所得锂电池的针刺、加热及形变挤压测试的通过率明显改善，且其具有高的比容量，所得锂电池的比容量可达300Wh/kg以上。
[0008]此处所述高安全指的是由本专利技术所述三元正极极片所得锂电池可通过针刺测试、180℃加热2h测试及50％形变挤压测试；
[0009]此处所述高容量指的是由本专利技术所述三元正极极片的面容量可达4mAh/cm2以上。
[0010]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0011]第一方面，本专利技术提供了一种兼具高安全、高容量的锂电池用三元正极极片，所述三元正极极片包括集流体及位于所述集流体表面的正极活性物质层，所述正极活性物质层中包含有能传输锂离子的氧化物固态电解质，所述氧化物固态电解质为多孔球形颗粒。
[0012]本专利技术所述三元正极极片的正极活性物质层中分散有上述多孔球形的氧化物固态电解质，其能明显改善由所得三元正极极片得到的锂电池的安全性和容量，所得锂电池可通过针刺测试、180℃加热2h测试及50％形变挤压测试。所得锂电池能量密度可达300Wh/Kg。
[0013]由本专利技术所述三元正极极片得到的锂电池在高面容量条件下具有更优的循环性能。
[0014]优选地，所述多孔球形颗粒的孔隙率为5-70％，例如5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％等，优选为40-70％。
[0015]优选地，所述氧化物固态电解质的粒径为0.1-10μm，例如0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm、1.0μm、2μm、3μm等，优选为0.5-3μm。
[0016]本专利技术所述三元正极极片中氧化物固态电解质的粒径在上述范围内，将其分散在正极活性物质层中能明显改善由所述三元正极极片得到的锂电池的安全性和容量；当氧化物固态电解质的粒径＜0.1μm时，氧化物固态电解质粒径太小，界面电阻变大，会阻隔离子传输，增加界面阻抗，降低电池的能量密度；当氧化物固态电解质的粒径＞10μm时，粒径太大，隔离正极颗粒间的接触效果不明显，导致安全性提高的不明显。
[0017]优选地，以所述正极活性物质层中正极活性物质和氧化物固态电解质的质量之和为100％计，所述氧化物固态电解质的质量百分含量为0.1-10％，例如0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％或9％等，优选为1-5％。
[0018]本专利技术所述三元正极极片中氧化物固态电解质的添加量在上述范围内，其有利于改善所得锂电池的安全性和容量，当氧化物固态电解质的含量小于0.1％时，氧化物固态电解质掺混的量太少，固态电解质吸热和隔热效果不明显，对安全性提高的不明显，当氧化物固态电解质的含量大于10％时，氧化物固态固态电解质掺混的量太少，正极活性物质的比例降低，从而降低电池的能量密度。
[0019]优选地，所述氧化物固态电解质包括NASICON结构、钙钛矿结构、反钙钛矿结构、LISICON结构及石榴石结构中的至少一种。
[0020]优选地，所述NASICON结构选自Li
1+x
Al
x
Ge
2-x
(PO4)3(LAGP)、Li
1+x
Al
x
Ge
2-x
(PO4)3的同晶型异原子掺杂化合物、Li
1+y
Al
y
Ti
2-y
(PO4)3(LATP)及Li
1+y
Al
y
Ti
2-y
(PO4)3的同晶型异原子掺杂化合物中的至少一种；优选为Li
1+y
Al
y
Ti
2-y
(PO4)3；其中x选自0.1～0.4，例如0.15、0.2、0.25、0.3或0.35等，y选自0.1～0.4，例如0.15、0.2、0.25、0.3或0.35等。
[0021]优选地，所述钙钛矿结构选自Li
3z
La
2/3-z
TiO3(LLTO)、Li
3z...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种兼具高安全、高容量的锂电池用三元正极极片，所述三元正极极片包括集流体及位于所述集流体表面的正极活性物质层，其特征在于，所述正极活性物质层中包含有能传输锂离子的氧化物固态电解质，所述氧化物固态电解质为多孔球形颗粒。2.如权利要求1所述的三元正极极片，其特征在于，所述多孔球形颗粒的孔隙率是5-70％，优选为40-70％。3.如权利要求1或2所述的三元正极极片，其特征在于，所述氧化物固态电解质的粒径为0.1-10μm，优选为0.5-3μm。4.如权利要求1-3任一项所述的三元正极极片，其特征在于，以所述正极活性物质层中正极活性物质和氧化物固态电解质的质量之和为100％计，所述氧化物固态电解质的质量百分含量为0.1-10％，优选为1-5％。5.如权利要求1-4任一项所述的三元正极极片，其特征在于，所述氧化物固态电解质包括NASICON结构、钙钛矿结构、反钙钛矿结构、LISICON结构及石榴石结构中的至少一种；优选地，所述NASICON结构选自Li
1+x
Al
x
Ge
2-x
(PO4)3、Li
1+x
Al
x
Ge
2-x
(PO4)3的同晶型异原子掺杂化合物、Li
1+y
Al
y
Ti
2-y
(PO4)3及Li
1+y
Al
y
Ti
2-y
(PO4)3的同晶型异原子掺杂化合物中的至少一种；优选地，所述钙钛矿结构选自Li
3z
La
2/3-z
TiO3、Li
3z
La
2/3-z
TiO3的同晶型异原子掺杂化合物、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的同晶型异原子掺杂化合物、Li
2a-b
Sr
1-a
Ta
b
Zr
1-b
O3及Li
2a-b
Sr
1-a
Ta
b
Zr
1-b
O3的同晶型异原子掺杂化合物中的至少一种；优选地，所述反钙钛矿结构选自Li
3-2x
M
x
HalO、Li
3-2x
M
x
HalO的同晶型异原子...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文俊，杨浩，王雅丹，徐航宇，李永伟，俞会根，
申请(专利权)人：北京卫蓝新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：