一种兼具高安全、高容量的锂电池用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、高容量的锂电池用正极极片及其制备方法和用途，所述正极极片中掺混有富含锂的化合物，所述富含锂的化合物选自富锂锰基固溶体、富含锂的固态电解质及脱锂态的氧化亚硅中的至少一种，所述富含锂的化合物在电池过充、内短路、外短路、热滥用、针刺、挤压或过热等极端条件下够脱出Li离子，进而填补正极材料中的锂空位，稳定正极材料的晶格结构，改善由其制备得到的电池的安全性，且正极极片可在较高的面容量下保持优异的循环性能。性能。性能。

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


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

技术介绍

[0002]在当前能源危机与环境问题越来越突出的社会环境下，新能源汽车已逐渐成为汽车产业发展的主流趋势。新能源汽车的投入和使用，可以减少对石油等化石燃料的依赖性，并能有效降低温室气体和标准污染物的排放。众所周知，锂离子电池近年来在便携式电子产品中已经广泛应用，并开始朝着动力电池和中大型电池的方向发展，这不仅对锂离子电池的循环周期、使用寿命、制作成本提出了巨大挑战，也对锂离子电池的安全性提出了更高要求。
[0003]CN107768647A公开了一种高安全的包覆型高镍三元正极极片，包括高镍三元正极材料形成的正极层，以及包覆于所述正极层表面的包覆层，所述包覆层由包括以下质量百分数的原料制备而成：1％～95％的无机阻燃物、1％～95％的无机相变材料及1％～20％的高导热无机材料；所述无机阻燃物选自氢氧化铝、氢氧化镁、多聚磷酸铵、氧化锑、硼酸锌和含钼的无机化合物中的一种或多种，所述无机相变材料选自AlCl3、LiNO3、NaNO3、KNO3和NaNO2中的一种或多种形成的混合物或复合物以及熔盐类化合物中的一种或多种，所述高导热无机材料选自石墨、石墨烯、碳纳米管和氮化铝中的一种或多种；所述高镍三元正极材料选自镍钴锰酸锂和/或镍钴铝酸锂；此方案无法从根本上避免高镍材料处在高氧化态下的稳定性。
[0004]因此，开发一种在过充、高温、针刺、挤压、内短路、外短路、热滥用或过热等极端条件状态下具有高安全、高容量的锂电池用正极极片仍具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种兼具高安全、高容量的锂电池用正极极片及其制备方法和用途，所述锂电池用正极极片中掺混有富含锂的化合物，所述富含锂的化合物选自富锂锰基固溶体、富含锂的固态电解质及脱锂态的氧化亚硅中的至少一种，所述富含锂的化合物在电池过充、高温、针刺、挤压、内短路、外短路、热滥用或过热等极端条件下够脱出Li离子，填补正极材料中的锂空位，降低极端条件状态下正极的氧化态，稳定正极材料的晶格结构，提高由其制备得到的电池的安全性，且锂电池用正极极片可在较高的面容量下保持优异的循环性能，使电池在保持较高的比能量和良好的循环寿命的基础上获得高安全的性能。
[0006]此处所述高安全指的是所述锂电池用正极极片内含有在过充、高温、针刺、挤压、内短路、外短路、热滥用或过热等极端条件下仍能够脱出锂离子的富含锂的化合物，进而使得由其制备电池的安全性显著提高，使电池能够通过针刺检测、190℃热箱实验，在此过程
中不起火、不爆炸。
[0007]此处所述高容量指的是由所述锂电池用正极极片的面容量可达4mAh/cm2以上。
[0008]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种锂电池用正极极片，所述锂电池用正极极片中掺混有富含锂的化合物，所述富含锂的化合物选自富锂锰基固溶体、富含锂的固态电解质及脱锂态的氧化亚硅中的至少一种。
[0010]本专利技术所述富含锂的化合物在电池过充、高温、针刺、挤压、内短路、外短路、热滥用或过热等极端条件下脱出Li离子，进而填补正极材料中的锂空位，稳定正极材料的晶格结构，改善由其制备得到的电池的安全性，且锂电池用正极极片可在较高的面容量下保持优异的循环性能。
[0011]传统的高镍三元正极极片在极端条件状态下，具有很强的氧化性，且过渡金属溶出造成材料结构的不稳定及正极材料的析氧，能与电解液发生副反应，放出大量的热，易引发热失控，从而造成安全问题。
[0012]本专利技术所述正极极片中掺混有富含锂的化合物，该富含锂的化合物能够稳定正极内锂含量，提高正极整体热稳定性，进而改善电池在极端条件状态下的安全性能。
[0013]优选地，所述富含锂的化合物在电池极端条件下能够脱出锂离子。
[0014]优选地，所述电池极端条件包括电池过充、高温、针刺、挤压、内短路、外短路、热滥用或过热中的至少一种。
[0015]优选地，所述富锂锰基固溶体的分子式为xLi2MnO3·
(1-x)LiMO2，其中，0＜x≤1，例如0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8或0.9等，优选为0.9-1.0，M选自Ni、Co或Mn中的至少一种。
[0016]此处作为富含锂的化合物的富锂锰基固溶体，其不同于传统的正极材料，其是两相(Li2MnO3和LiNi
x
Co
y
Mn
1-x-y
O2)的固溶体。
[0017]优选地，所述富含锂的固态电解质选自Li7La3Zr2O
12
及其被掺杂后得到的固态电解质，所述掺杂元素为La、Nb、Sb、Ga、Te、W、Al、Sn、Ca、Ti、Hf、Ta中的至少一种。
[0018]优选地，所述脱锂态的氧化亚硅的分子式为Li
x
SiO
y
，其中，x选自1.4-2.1，例如1.5、1.6、1.7、1.8、1.9或2等，y选自0.9-1.1，例如0.92、0.95、0.98、1、1.02或1.08等。
[0019]本专利技术所述脱锂态的氧化亚硅的分子式中x选自1.4-2.1，y选自0.9-1.1，采用上述组成，其有利于电池在过充、高温、针刺、挤压、内短路、外短路、热滥用或过热等极端状态下及时脱出锂离子，进而维持正极内锂离子的平衡，提高正极的热稳定性，进而使得其在极端条件状态时具有高的安全性。
[0020]优选地，所述富含锂的化合物的颗粒粒径为D50＝0.1-10μm，例如0.5μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm或9μm等，优选为D50＝0.5-2μm。
[0021]此处限定富含锂的化合物的颗粒粒径为0.1-10μm，有利于其在电池极端条件状态下脱出锂离子，维持正极内锂含量，达到高安全的效果；当颗粒粒径＜0.1μm时，界面电阻变大，影响正极极片内的离子传输，当颗粒粒径＞10μm时，隔离正极活性颗粒的效果不明显，从而对电池安全性能改善不明显。
[0022]优选地，以所述锂电池用正极极片中正极活性物质和富含锂的化合物的质量之和为100％计，所述富含锂的化合物的质量百分含量为0.1-20％，例如0.5％、1％、2％、3％、
4％、5％、7％、9％、10％、12％、14％、16％或18％等，优选为1-5％。
[0023]本专利技术所述富含锂的化合物的掺混量在上述范围内，其有利于电池在极端条件状态下，维持正极内锂含量，达到高安全的效果；当富含锂的化合物的质量百分含量≤0.1％时，提供Li的数量有限，对高能量电池安全性能改善效果不明显；当富含锂的化合物的质量百分含量≥20％时，将低正极活性物质百分含量会降低电池的能量密度。
[0024]优选地，所述锂电池用正极极片的面容量≥4m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂电池用正极极片，其特征在于，所述锂电池用正极极片中掺混有富含锂的化合物，所述富含锂的化合物选自富锂锰基固溶体、富含锂的固态电解质及脱锂态的氧化亚硅中的至少一种。2.如权利要求1所述的锂电池用正极极片，其特征在于，所述富含锂的化合物在电池极端条件下能够脱出锂离子；优选地，所述电池极端条件包括电池过充、高温、针刺、挤压、内短路、外短路、热滥用或过热中的至少一种；优选地，所述富锂锰基固溶体的分子式为xLi2MnO3·
(1-x)LiMO2，其中，x选自0＜x≤1，M选自Ni、Co或Mn中的至少一种。3.如权利要求1或2所述的锂电池用正极极片，其特征在于，所述富含锂的固态电解质选自Li7La3Zr2O
12
及其被其它元素掺杂后得到的材料，其中，掺杂元素为La、Nb、Sb、Ga、Te、W、Al、Sn、Ca、Ti、Hf、Ta中的至少一种。4.如权利要求1-3任一项所述的锂电池用正极极片，其特征在于，所述脱锂态的氧化亚硅的分子式为Li
x
SiO
y
，其中，x选自1.4-2.1，y选自0.9-1.1。5.如权利要求1-4任一项所述的锂电池用正极极片，其特征在于，所述富含锂的化合物的颗粒粒径为D50＝0.1-10μm，优选为D50＝0.5-2μm。6.如权利要求1-5任一项所述的锂电池用正极极片，其特征在于，以所述锂电池用正极极片中正极活性物...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文俊，丁秋凤，丁泽鹏，徐航宇，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：