一种富锂正极极片及其制备方法、锂离子电池技术

本发明专利技术涉及锂离子电池正极领域，具体是一种富锂正极极片及其制备方法、锂离子电池。本发明专利技术提供的富锂正极极片，包括集流体、形成在所述集流体上的富锂材料层和形成在所述富锂材料层上的保护层；所述保护层包括固体保护材料和修孔剂。本发明专利技术提供的富锂正极极片具有保护层，所述保护层能够起到保护电极片的作用，提高储存寿命，减少储存成本，同时提高电池的性能。实验表明，本发明专利技术所述保护层可以有效地隔绝空气中的二氧化碳和水汽，增加电极片整体的稳定性；且在电池充放电的过程中，保护层可保护正极侧的表面，抑制正极易发生金属溶出的现象，而不影响锂离子在正负极材料内部的嵌脱，从而提高电池自放电、循环寿命、充放电效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种富锂正极极片及其制备方法、锂离子电池


[0001]本专利技术涉及锂离子电池正极领域，具体是一种富锂正极极片及其制备方法、锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池因为具有工作电压高、循环寿命长、能量密度大、无记忆效应等优势，自1991年投入市场后，迅速实现了在移动通讯、笔记本电脑等领域的广泛应用。锂离子电池主要由正极、负极、电解液和隔膜组成，锂离子电池充放电的过程就是锂离子在正、负极脱嵌与嵌入的过程。
[0003]锂离子电池正极是锂离子电池中锂离子的唯一(或主要)提供者，一般包括活性材料、导电剂、粘结剂和集流体组成。目前针对锂离子电池正极的改进一般包括活性材料的改性、集流体的结构改进等，但很少有从保护的角度对锂离子电池正极进行改进的。
[0004]目前锂离子电池中的富锂正极极片制作工艺通常是先将正极活性微米颗粒、补锂添加剂、导电剂和粘结剂在NMP(N
‑
甲基吡咯烷酮)溶剂中制成一定粘度的浆料。然后将浆料涂覆在铝箔上，烘干并进行辊压、裁片得到所需要的富锂正极极片。尽管该方法是行业通用技术，但该技术也存在一定的缺陷，即电极片表面没有保护层，在具有一定湿度的环境中，极片就会与空气中的水反应，从而变质失效，这严重的影响了电极片的工作寿命。为了能够长时间的存放电极片，对电极片存放的环境有着很高的要求，这又会增加了极片的储存成本。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种富锂正极极片及其制备方法、锂离子电池，本专利技术提供的富锂正极极片具有由固体保护材料形成并含有修孔剂填充的保护层，所述保护层能够有效地保护电极片不受空气中水汽的影响，提高电极片的储存寿命，减少电极片的储存成本，制备得到的电池充放电性能好，稳定性高。
[0006]本专利技术提供了一种富锂正极极片，包括集流体、形成在所述集流体上的富锂材料层和形成在所述富锂材料层上的保护层；所述保护层包括固体保护材料和修孔剂。
[0007]具体而言，本专利技术所述保护层以固体保护材料为主要构成材料，考虑到所述固体保护材料形成保护层后，固体保护材料之间会形成孔隙，因此采用修孔剂进行填充；所述修孔剂能够填补固体保护材料之间形成的孔隙，增强保护层的水汽防范能力。在本专利技术的某些实施例中，所述修孔剂填充于所述固体保护材料之间形成的孔隙内或密封于所述孔隙的开口处中的至少一处。本专利技术应用于电池后，在电池使用过程中，所述修孔剂能够从孔隙中脱出或者可溶于电解质，所述保护层是用于彻底隔绝极片与空气中的水接触，因此将其应用于电池并使用后，可存在也可不存在。
[0008]更具体而言，本专利技术所述固体保护材料和修孔剂中的至少一种具有疏水性。本专利技术由于构成保护层的材料具有疏水性，因而所述保护层也具有疏水性，更好地隔绝了空气
中的水分，降低了水分对保护层的侵蚀作用。
[0009]在本专利技术的某些实施例中，所述修孔剂为固体修孔剂或液体修孔剂中的至少一种；所述液体修孔剂成液体状态，所述固体修孔剂成固体或半固体状态，同一种材料，分子量不同，其形态也会有所不同。当本专利技术所述修孔剂为固体修孔剂时，所述固体修孔剂的物理性质如粒径和分子量等会对其填充于所述孔隙的效果和填充后的保护效果有不同的影响。当所述固体修孔剂的粒径过大时，其填充效果差，当所述固体修孔剂的粒径过小时则容易团聚而难以分散，一般与正极材料的粒径差不多即可；当所述固体修孔剂的分子量过小时会导致强度下降，分子量过大时会导致浆料粘度增加，从而使制备出的正极片厚度不均匀，影响电池的性能。在一些实施例中，所述固体修孔剂的粒径为0.01nm～3μm，优选为1nm～2μm，更优选为20nm。在一些实施例中，所述固体修孔剂的分子量为40000Da～500000Da，优选为80000Da。
[0010]当本专利技术所述修孔剂为液体修孔剂时，可以更有利于填补固体保护材料之间形成的孔隙，达到更好的防护效果，并且所述液体修孔剂的物理性质如分子量和蒸发温度等也会对其填充于所述孔隙的效果和填充后的保护效果有不同的影响。当所述修孔剂的分子量过大时，其填充速度慢，填充效果差；当所述修孔剂的分子量过小时，其容易挥发。当所述修孔剂的蒸发温度过低时，后续处理过程中容易蒸发而失去保护作用。在一些实施例中，所述液体修孔剂的分子量为70Da～20000Da，优选为161.12Da。在一些实施例中，所述液体修孔剂的蒸发温度为90℃～300℃，优选为130℃～300℃，更优选为190℃。
[0011]在本专利技术的某些实施例中，所述修孔剂选自聚烯烃类化合物、含氟胺类化合物、酯类化合物、腈类化合物、全氟烷基甲基丙烯酸类聚合物、聚有机硅氧烷类化合物或有机硅烷类化合物中的一种或多种。在一些实施例中，所述固体修孔剂选自聚乙烯、聚丁烯、聚丙烯、聚二甲基硅氧烷、4
‑
三氟甲基苯胺、全氟烷基乙基甲基丙烯酸酯或环甲基硅氧烷中的一种或多种。在本专利技术的某些实施例中，所述修孔剂还可以选自PE
‑
PP共聚物、聚环氧乙烷基聚合物、聚硅氧烷基聚合物和脂肪族聚碳酸酯基聚合物中的一种或多种。在一些实施例中，所述修孔剂还可以选自聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇中的一种或多种。
[0012]在本专利技术的某些实施例中，所述固体保护材料选自离子电导材料或电子电导材料中的至少一种。本专利技术所述固体保护材料为所述保护层的主体材料，其材料的选择会影响到极片的性能，以离子电导材料作为固体保护材料构成保护层能够进一步提高极片的离子电导率，以电子电导材料作为固体保护材料构成保护层能够进一步提高极片的电子电导率，同时以离子电导材料和电子电导材料作为固体保护材料则能够起到致密性的增效作用，提高保护层的致密性同时提高其离子和电子导率性能。
[0013]在本专利技术的某些实施例中，所述固体保护材料选自钙钛矿型固体保护材料、NASICON型固体保护材料、石榴石型固体保护材料或导电金属氧化物类固体保护材料中的一种或多种；所述钙钛矿型固体保护材料、NASICON型固体保护材料和石榴石型固体保护材料均属于离子电导材料，所述导电金属氧化物类固体保护材料属于电子电导材料。
[0014]其中，所述钙钛矿型固体保护材料包括Li
3x
La
2/3
‑
xTiO3，简称LLTO，具体包括Li
0.5
La
0.5
TiO3、Li
0.33
La
0.57
TiO3、Li
0.29
La
0.57
TiO3、Li
0.33
Ba
0.25
La
0.39
TiO3、(Li
0.33
La
0.56
)
1.005
Ti
0.99
Al
0.01
O3或Li
0.5
La
0.5
Ti
0.95
Zr
0.05
O3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种富锂正极极片，其特征在于，包括集流体、形成在所述集流体上的富锂材料层和形成在所述富锂材料层上的保护层；所述保护层包括固体保护材料和修孔剂。2.根据权利要求1所述的富锂正极极片，其特征在于，所述修孔剂填充于所述固体保护材料之间形成的孔隙内或密封于所述孔隙的开口处中的至少一处。3.根据权利要求1所述的富锂正极极片，其特征在于，所述固体保护材料和修孔剂中的至少一种具有疏水性；所述修孔剂为液体修孔剂或固体修孔剂中的至少一种。4.根据权利要求3所述的富锂正极极片，其特征在于，所述液体修孔剂的分子量为70Da～20000Da；所述液体修孔剂的蒸发温度为90℃～300℃；所述固体修孔剂的粒径为0.01nm～3μm；所述固体修孔剂的分子量为40000Da～500000Da。5.根据权利要求4所述的富锂正极极片，其特征在于，所述固体保护材料选自钙钛矿型固体保护材料、NASICON型固体保护材料、石榴石型固体保护材料或导电金属氧化物类固体保护材料中的一种或多种；所述修孔剂选自聚烯烃类化合物、含氟胺类化合物、酯类化合物、腈类化合物、全氟烷基甲基丙烯酸类聚合物、聚有机硅氧烷类化合物或有机硅烷类化合物中的一种或多种。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟泽钦，万远鑫，孔令涌，谭旗清，
申请(专利权)人：深圳市德方创域新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：