一种电池制造技术

本发明专利技术提供一种电池，该电池包括正极片、负极片和电解液；正极片包括正极活性涂层，正极活性涂层包括镍锰酸锂，正极片的表面设有粘结剂保护层，粘结剂保护层包括高分子聚合物，高分子聚合物的分子结构中包括共轭结构；粘结剂保护层满足，d/ΔRct>9000 nm。上述高分子聚合物中，共轭结构在高分子聚合物中形成大分子共轭体系，从而使得高分子聚合物具有宽带隙的特点，能够使得粘结剂保护层在电池的工作过程中具有良好的结构稳定性。进一步地，当粘结剂保护层的厚度d满足d/ΔRct>9000，粘结剂保护层能够为正极片提供可靠的保护。层能够为正极片提供可靠的保护。

【技术实现步骤摘要】
一种电池


[0001]本专利技术属于电池
，具体地，涉及一种电池。

技术介绍

[0002]与目前己经商业化的钴酸锂、磷酸锰铁锂等正极材料相比，高工作电压 (4.7V)尖晶石型的镍锰酸锂正极材料有着三维锂离子快速扩散通道、高能量密度和较高比容量，且不含价格昂贵的钴元素，镍元素的含量很低，具有锂利用率高和成本低的优势；另外其制备过程简单，因此，镍锰酸锂正极材料在固态锂离子电池应用上有着重要的应用前景。
[0003]然而，镍锰酸锂正极材料自身的缺陷制约着它的商业应用，由于其高工作电压而导致的许多问题直到现在还没有被规模化应用。当充入4.7V的高电压时，镍锰酸锂正极材料的工作电位已经超过了常规电解液的稳定窗口，不可避免的导致电解液的氧化分解，从而出现严重的电极/电解液界面、电极/集流体界面问题，导致电池性能衰减，并且锰、镍在有机液体电解质中的溶出也导致容量退化；材料中存在的Mn
3+
引起的姜
‑
泰勒效应以及其自氧化还原反应导致过渡金属离子的溶出，降低了镍锰酸锂正极材料的循环稳定性。

技术实现思路

[0004]为解决含有镍锰酸锂的正极片在电解液中容易氧化、该类正极片容易向电解液中溶出大量过渡金属离子的技术问题，本专利技术提供一种电池。根据本专利技术的一个方面，提供一种电池，该电池包括正极片、负极片和电解液；正极片包括正极活性涂层，正极活性涂层包括镍锰酸锂，正极片的表面设有粘结剂保护层，粘结剂保护层包括高分子聚合物，高分子聚合物的分子结构中包括共轭结构；粘结剂保护层的平均厚度为d；当电池处于BOL状态下，正极片的锂离子阻抗为R
B
；当电池处于EOL状态下，正极片的锂离子阻抗为R
E
，以ΔRct 表示R
E
－R
B
；粘结剂保护层满足，d/ΔRct>9000 nm。在本专利技术中，通过在正极片的表面设置粘结剂保护层的目的在于，利用粘结剂保护层在正极活性涂层和电解液之间设置间隔，起到有效阻止电解液在具有较高反应活性的正极活性涂层表面发生氧化还原反应的作用效果，从而抑制副反应发生和正极活性涂层的不可逆消耗，并且显著地减少了正极活性涂层中的过渡金属离子向电解液溶出的情况，由此缓解了由于正极活性涂层的过渡金属离子溶出造成的正极片结构退化以及由于上述过渡金属离子迁移到负极造成电池容量衰减的问题。在本专利技术提供的电池中，在正极片的外部所设置的粘结剂保护层中，含有具有共轭结构的高分子聚合物，高分子聚合物中的共轭结构在高分子聚合物中形成大分子共轭体系，从而使得高分子聚合物具有宽带隙的特点，而具有宽带隙的高分子聚合物能够在含有镍锰酸锂的正极片的工作电压下保持结构稳定，进而使得粘结剂保护层在电池的工作过程中具有良好的结构稳定性。进一步地，当粘结剂保护层的厚度d满足d/ΔRct>9000，粘结剂保护层能够为正极片提供可靠的保护。
具体实施方式
[0005]根据本专利技术的一个方面，提供一种电池，该电池包括正极片、负极片和电解液；正极片包括正极活性涂层，正极活性涂层包括镍锰酸锂，正极片的表面设有粘结剂保护层，粘结剂保护层包括高分子聚合物，高分子聚合物的分子结构中含有共轭结构；粘结剂保护层的平均厚度为d；当电池处于BOL状态下，正极片的锂离子阻抗为R
B
；当电池处于EOL状态下，正极片的锂离子阻抗为R
E
，以ΔRct 表示R
E
－R
B
；粘结剂保护层满足，d/ΔRct>9000 nm。在本专利技术中，通过在正极片的表面设置粘结剂保护层的目的在于，利用粘结剂保护层在正极活性涂层和电解液之间设置间隔，起到有效阻止电解液在具有较高反应活性的正极活性涂层表面发生氧化还原反应的作用效果，从而抑制副反应发生和正极活性涂层的不可逆消耗，并且显著地减少了正极活性涂层中的过渡金属离子向电解液溶出的情况，由此缓解了由于正极活性涂层的过渡金属离子溶出造成的正极片结构退化以及由于上述过渡金属离子迁移到负极造成电池容量衰减的问题。在本专利技术提供的电池中，含有具有共轭结构的高分子聚合物，高分子聚合物中的共轭结构在高分子聚合物中形成大分子共轭体系，从而使得高分子聚合物具有宽带隙的特点，而具有宽带隙的高分子聚合物能够在含有镍锰酸锂的正极片的工作电压下保持结构稳定，进而使得粘结剂保护层在电池的工作过程中具有良好的结构稳定性。进一步地，当粘结剂保护层的厚度d满足d/ΔRct>9000，粘结剂保护层能够为正极片提供可靠的保护。
[0006]优选地，粘结剂保护层的平均厚度d为80～500 nm。当粘结剂保护层的厚度d达到该范围内，可以在保证锂离子在正极片的表面正常传输的前提下，使得粘结剂保护层能够为正极片提供可靠的保护，若粘结剂保护层的平均厚度d过薄则无法为正极片提供可靠的保护，若粘结剂保护层的平均厚度d过厚则会严重阻碍正极片表面的锂离子传输情况，从而表现为电池的倍率性能衰减。
[0007]优选地，正极活性涂层还包括油性粘结剂，高分子聚合物的分子结构中含有亲水基团。高分子聚合物中含有亲水基团，属于水性高分子聚合物，相比起油性高分子聚合物而言，水性高分子聚合物的耐压性能更高，从而能够进一步强化粘结剂保护层对正极片的保护效果，提高正极片的耐压能力。在上述基础上，进一步采用油性粘结剂作为构建正极活性涂层的粘结剂，避免了正极活性涂层的粘结剂与粘结剂保护层中的高分子聚合物出现混料的问题，另外，利用油性粘结剂参与正极活性涂层的构建，能够有效减少在制备用于形成正极活性涂层的正极涂布浆料的过程中发生锂溶出的情况，也能改善正极涂布浆料的均匀性（若采用水性粘结剂制备正极涂布浆料，往往会存在物料分散不均的情况导致物料部分聚沉），还能够避免在正极片制备的过程中水分残留而导致正极片在后续投入使用之后循环性能衰减。
[0008]优选地，粘结剂保护层还包括磷酸铝钛锂固态电解质（LATP）、金属氧化物、Li3N中的至少一种。通过向粘结剂保护层中引入上述物料，能够提高粘结剂保护层的锂离子传导能力，由此，粘结剂保护层的设置既能够为正极片提供可靠的保护，又能够保证正极片保持良好的锂离子传输动力学特性，使电池具有优良的循环特性和倍率性能。
[0009]优选地，电解液包括碳酸酯类物质。碳酸酯类物质为目前应用最为广泛的电解液用有机溶剂之一。然而，目前绝大多数商用电解液中碳酸酯类物质在高电压(>4.5V)下，容易发生分解反应生成HF等气体，对正极活性物质产生腐蚀作用，并且使得电池的充放电效
率降低，很大程度上降低了正极活性物质的循环使用寿命。而在本专利技术中，由于粘结剂保护层能够在正极片和电解液之间设置可靠的间隔，从而有效地抑制了含有碳酸酯类物质的电解液在高电压的电池工作条件下对正极片的腐蚀。
[0010]优选地，粘结剂保护层的面密度为1～10 g/m2。
[0011]优选地，高分子聚合物包括高分子聚合物A、高分子聚合物B、高分子聚合物C中的至少一种；高分子聚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池，其特征在于：所述电池包括正极片、负极片和电解液；所述正极片包括正极活性涂层，所述正极活性涂层包括镍锰酸锂，所述正极片的表面设有粘结剂保护层，所述粘结剂保护层包括高分子聚合物，所述高分子聚合物的分子结构中包括共轭结构；所述粘结剂保护层的平均厚度为d；当所述电池处于BOL状态下，所述正极片的锂离子阻抗为R
B
；当所述电池处于EOL状态下，所述正极片的锂离子阻抗为R
E
，以ΔRct 表示R
E
－R
B
；所述粘结剂保护层满足，d/ΔRct>9000 nm 。2. 如权利要求1所述电池，其特征在于：所述粘结剂保护层的平均厚度d为80～500 nm。3.如权利要求1所述电池，其特征在于：所述正极活性涂层还包括油性粘结剂，所述高分子聚合物的分子结构中含有亲水基团。4.如权利要求1所述电池，其特征在于：所述粘结剂保护层还包括磷酸铝钛锂固态电解质、金属氧化物、...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟金凤，王洋，乔智，单旭意，
申请(专利权)人：中创新航科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：