电极极片用功能涂层、正极极片及制备方法、锂离子电池技术

本发明专利技术公开了电极极片用功能涂层、正极极片及制备方法、锂离子电池。电极极片用功能涂层包括基底填料、固态电解质、氮化钛、螯合剂和粘结剂。由此，该功能涂层用于电极极片和电池后，可以促进电子的转移，同时加速锂离子的扩散，提高锂的利用率；还能够提高电池的热稳定性，改善电池的电性能和安全性能；并且，能够有效避免或减少正极材料的溶解对SEI膜和电解液的破坏，提高电池的循环性能。提高电池的循环性能。

【技术实现步骤摘要】
电极极片用功能涂层、正极极片及制备方法、锂离子电池


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体地，电极极片用功能涂层、正极极片及制备方法、锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有比能量大、输出电压高、自放电小、工作温度范围宽、充电效率高等诸多优点，已被应用于手机和电脑等电子设备、储能电源系统、电动自行车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域。
[0003]液态锂离子电池起火爆炸等安全事故频发，市场对其安全性提出了更高要求。用固态电解质替代电解液能够提高电池的能量密度和安全性，被认为是行业未来的发展方向。但是，全固态电池发展并非易事，目前还存在很多技术难题尚未解决，例如，固态电解质和电极之间的界面阻抗大、电解质可塑性差、电池循环寿命仍有待提高等。相比之下，固液混合的半固态电池可以兼顾液态电池和全固态电池的性能优势，可以最大程度兼容现有工艺、设备和材料，具备快速落地的可能。
[0004]目前的锂离子电池的循环性能和安全性等仍有待提高。

技术实现思路

[0005]本专利技术是基于专利技术人对于以下事实和问题的发现和认识作出的：
[0006]氮化钛(TiN)具有高导电率、高导热率、高介电常数和优异的热稳定性等特性，作为一种工程材料，氮化钛具有很好的应用前景。专利技术人发现，TiN的高导电率能够促进电子的转移，同时加速锂离子的扩散，从而最大程度地提高锂的有效利用率；此外，TiN高介电常数的特性能提升准固态电解质的离子电导率，同时，在SEI膜(固体电解质界面膜)的演变和界面性能等方面也能起到提升作用；固态电解质与TiN协同作用，能够极大的提升正极材料的离子电导性和电子电导性，提高电池的热稳定性，同时改善电池的电性能和安全性能。
[0007]另外，专利技术人发现，锂离子电池循环过程中容量衰减的主要原因为正极材料的溶解，其中Mn
2+
的溶解最为严重。一般情况下，Mn
2+
从正极溶解，经电解质扩散至负极表面被还原，生成金属Mn或化合态Mn，沉积在负极的表面，这会破坏负极SEI膜，使得SEI膜不断生长，消耗活性Li，增加电池阻抗，影响负极的可逆性。
[0008]专利技术人经过大量实验发现，可以在正极极片的表面设置功能涂层，功能涂层中添加固态电解质和氮化钛，以提升正极材料的离子和电子电导性、热稳定性，从而同时改善电池的电性能和安全性能，另外，还可以在功能涂层内添加合适的螯合剂，Mn
2+
或其他离子从正极材料脱出后，功能涂层内的螯合剂可以直接与Mn
2+
或其他离子发生配位反应，避免或减少正极材料扩散到负极对SEI膜和电解液造成破坏。
[0009]有鉴于此，本专利技术旨在至少一定程度上缓解或解决上述提及问题中至少一个。
[0010]在本专利技术的一方面，本专利技术提出了一种电极极片用功能涂层。根据本专利技术的实施例，电极极片用功能涂层包括基底填料、固态电解质、氮化钛、螯合剂和粘结剂。由此，该功
能涂层用于电极极片和电池后，可以促进电子的转移，同时加速锂离子的扩散，提高锂的利用率；还能够提高电池的热稳定性，改善电池的电性能和安全性能；并且，能够有效避免或减少正极材料的溶解对SEI膜和电解液的破坏，提高电池的循环性能。
[0011]根据本专利技术的实施例，基于所述功能涂层的总质量，所述功能涂层中，所述基底填料的质量含量为65wt％～89wt％；所述固态电解质的质量含量为5wt％～30wt％；所述氮化钛的质量含量为2wt％～10wt％；所述螯合剂的质量含量为1wt％～5wt％；所述粘结剂的质量含量为3wt％～10wt％。由此，该功能涂层中各组分具有合适的含量，将该功能涂层应用于电池极片后，固态电解质与氮化钛具有较好的协同作用，可以促进电子电导性和离子电导性，改善电池的电性能、稳定性、安全性；螯合剂可以避免或减少锰离子或其他离子脱出对SEI膜和电解液造成的破坏，从而进一步提高电池的循环性能。
[0012]根据本专利技术的实施例，所述功能涂层满足以下条件中的至少之一：所述基底填料包括Al2O3、SiO2、ZnO2、ZrO2、TiO2、γ
‑
AlOOH、BaTiO3、Mg(OH)2中的至少之一；所述基底填料的粒径为50nm～500nm；所述固态电解质具有钠超离子电导体结构，所述固态电解质的化学式为Li
1+X
Al
X
M2‑
X
(PO4)3，0≤X≤1，其中，M包括Ti、Li、Si、Ge、Zr和V中至少之一；所述氮化钛的粒径为50nm～500nm；所述螯合剂包括联吡啶类螯合剂、邻菲咯琳和磷酸中的至少之一；所述粘结剂包括PVDF、PVDF
‑
HFP、PI、PA、PAI、PVA、PAA、SBR、CMC、PMA、PMMA、PEO、PAN、LA132、LA133和海藻酸钠中的至少之一。由此，有利于进一步提高功能涂层的性能。
[0013]在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了一种正极极片。根据本专利技术的实施例，正极极片包括：集流体；正极活性材料层，所述正极活性材料层设置在所述集流体的至少部分表面上；前面所述的功能涂层，所述功能涂层设置在所述正极活性材料层远离所述集流体的至少部分表面上。由此，该正极极片具有前面所述的功能涂层所具有的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该正极极片可以促进电子电导性和离子电导性，正极极片具有较好的稳定性，不易脱出锰离子或其他离子，从而避免或减少锰离子或其他离子脱出对SEI膜和电解液造成的破坏，进而提高电池的循环性能、稳定性和安全性。
[0014]根据本专利技术的实施例，所述功能涂层的面密度与所述正极活性材料层的面密度之比为(0.02～0.1)：1，和/或，所述功能涂层的厚度为5μm～20μm。由此，有利于进一步提高正极极片的性能。
[0015]根据本专利技术的实施例，所述正极活性材料层包括正极活性物质，所述正极活性物质包括钴酸锂、镍钴锰三元材料、镍钴铝三元材料、镍钴锰铝四元材料、磷酸铁锂、磷酸锰锂、磷酸钒锂、锰酸锂和富锂锰基材料中的至少之一。由此，有利于进一步提高正极极片的性能。
[0016]在本专利技术的又一方面，本专利技术提出了一种制备前面所述的正极极片的方法。根据本专利技术的实施例，制备前面所述的正极极片的方法包括：在集流体的至少部分表面上形成正极活性材料层；在所述正极活性材料层远离所述集流体的至少部分表面上形成功能涂层。由此，利用该方法制备得到的正极极片具有前面所述的正极极片所具有的全部特征以及优点，在此不再赘述；该制备方法操作简便，易实现，有利于提高正极极片的良率。
[0017]根据本专利技术的实施例，形成所述功能涂层包括：将粘结剂与有机溶剂混合，所述粘结剂全部溶解后得到胶液；向所述胶液中加入基底填料、固态电解质、氮化钛、螯合剂，混合均匀后得到功能涂层浆料；将所述功能涂层浆料涂覆在所述正极活性材料层远离所述集流
体的至少部分表面上，干燥后得到所述功能涂层。该工艺步骤简便，有利于提高产品的良率。
[0018本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电极极片用功能涂层，其特征在于，包括基底填料、固态电解质、氮化钛、螯合剂和粘结剂。2.根据权利要求1所述的功能涂层，其特征在于，基于所述功能涂层的总质量，所述功能涂层中，所述基底填料的质量含量为65wt％～89wt％；所述固态电解质的质量含量为5wt％～30wt％；所述氮化钛的质量含量为2wt％～10wt％；所述螯合剂的质量含量为1wt％～5wt％；所述粘结剂的质量含量为3wt％～10wt％。3.根据权利要求1或2所述的功能涂层，其特征在于，满足以下条件中的至少之一：所述基底填料包括Al2O3、SiO2、ZnO2、ZrO2、TiO2、γ
‑
AlOOH、BaTiO3、Mg(OH)2中的至少之一；所述基底填料的粒径为50nm～500nm；所述固态电解质具有钠超离子电导体结构，所述固态电解质的化学式为Li
1+X
Al
X
M2‑
X
(PO4)3，0≤X≤1，其中，M包括Ti、Li、Si、Ge、Zr和V中的至少之一；所述氮化钛的粒径为50nm～500nm；所述螯合剂包括联吡啶类螯合剂、邻菲咯琳和磷酸中的至少之一；所述粘结剂包括PVDF、PVDF
‑
HFP、PI、PA、PAI、PVA、PAA、SBR、CMC、PMA、PMMA、PEO、PAN、LA132、LA133和海藻酸钠中的至少之一。4.一种正极极片，其特征在于，包括：集流体；正极活性材料层，所述正极活性材料层设置在所述集流体的至少部分表面上；权利要求1～3中任...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶瑗，李玉军，侯艳丽，李鸿键，
申请(专利权)人：北京胜能能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：