一种阴极极片、锂离子电池及用电装置制造方法及图纸

本申请提供了一种阴极极片、锂离子电池及用电装置。一种阴极极片包括：集流体；和活性材料层，所述活性材料层设置在所述集流体的至少一个表面上，所述活性材料层包括阴极活性材料和无机单离子导体材料，或所述活性材料层包括表面包覆有无机单离子导体材料的阴极活性材料，所述无机单离子导体材料的离子电导率为≥3

【技术实现步骤摘要】
一种阴极极片、锂离子电池及用电装置


[0001]本申请涉及电池材料制备
，具体涉及一种阴极极片及其制备方法。

技术介绍

[0002]在众多的电池产品中，锂离子电池由于具有质量轻、体积小、工作电压高、能量密度高、输出功率大、充电效率高、无记忆效应、循环寿命长等优点受到人们的密切关注，在手机、笔记本电脑等领域得到了广泛的应用。
[0003]近年来，由于移动设备及通讯设备性能的不断提高，对锂离子电池的能量密度、循环寿命、大电流输出输入性能等提出了更高的要求。超高镍阴极活性材料已广泛用于锂离子电池。超高镍阴极活性材料与其他阴极材料相比具有较高的理论可逆容量（＞200mAh/g）的优势。另外，高能量密度锂离子电池体系也需要较厚电极极片，但是厚电极极片造成锂离子传输距离加长，导致离子传输通道不足，造成动力学恶化。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术问题，本申请提供了一种阴极极片及其制备方法。本申请的阴极极片的制备方法简单、重复性好、成本低廉、对环境友好，并且采用此阴极极片的锂离子电池具有更高的动力学性能和能量密度。
[0005]在第一方面，本申请提供一种阴极极片，包括：集流体；和活性材料层，所述活性材料层设置在所述集流体的至少一个表面上，所述活性材料层包括阴极活性材料和无机单离子导体材料，或所述活性材料层包括表面包覆有无机单离子导体材料的阴极活性材料，所述无机单离子导体材料的离子电导率为≥3
×
10
‑3S/cm；所述活性材料层的涂布重量为24 mg/cm2‑
43 mg/cm2。
[0006]本申请中，无机单离子导体即无机快离子导体，指离子电导率接近或超过熔盐的固态无机材料。
[0007]本申请所述无机单离子导体材料的离子电导率根据以下方法测试：在25℃下，将无机单离子导体材料的粉末在一定压力（20MPa)下在模具中压成片，作为电解质。将电解质放置于阻塞电极之间（阻塞电极由磁控溅射喷金处理而成），通过EIS对阻塞电极进行测试，根据公式σ=d/SR计算得到无机单离子导体材料的离子电导率σ。其中，d为电解质厚度；S为电极与电解质的有效接触面积；R为电解质的本征电阻。
[0008]本申请的阴极极片为厚膜阴极极片设计。如本文所使用，术语“厚膜阴极极片”是指活性材料层的涂布重量为24
‑
43mg/cm2的阴极极片。通过在阴极活性材料中引入具有高离子电导率的无机单离子导体材料，本申请的厚膜电极能够提供连续/多重离子传输通道。
[0009]在一些实施方案中，所述无机单离子导体材料包括锂镧钛氧（Li
0.33
La
0.56
TiO3，
LLTO）、磷酸钛铝锂（Li
1.3
Al
0.3
Ti
1.7
(PO4)3，LATP）、磷酸锗铝锂（Li
1.5
Al
0.5
Ge
1.5
(PO4)3，LAGP）、锂锗磷硫（Li
10
GeP2S
12
，LGPS）、反钙钛矿型材料（Li3OX）、玻璃态硫化物（yLi2S
·
(100
‑
y)P2S5）和卤素硫化物（Li6PS5X）中的一种或多种，其中0＜y＜100，和X选自Cl、Br或I。
[0010]上述优选材料中，锂镧钛氧（Li
0.33
La
0.56
TiO3，LLTO）的离子电导率为约3
×
10
‑3S/cm；磷酸钛铝锂（Li
1.3
Al
0.3
Ti
1.7
(PO4)3，LATP）的离子电导率为约3
×
10
‑3S/cm；磷酸锗铝锂（Li
1.5
Al
0.5
Ge
1.5
(PO4)3，LAGP）的离子电导率为约6
×
10
‑3S/cm；锂锗磷硫（Li
10
GeP2S
12
，LGPS）的离子电导率为约4
×
10
‑3S/cm）；反钙钛矿型材料（Li3OX，其中X=Cl、Br或I）的离子电导率为约4
×
10
‑3S/cm；玻璃态硫化物（yLi2S
·
(100
‑
y)P2S5）的离子电导率为约5
×
10
‑3S/cm）；以及卤素硫化物（Li6PS5X，其中X为Cl、Br或I）的离子电导率为约5
×
10
‑3S/cm。
[0011]本申请所述的无机单离子导体材料适于和现有技术中已知的所有阴极活性材料物理混合或适于包覆现有技术中已知的所有阴极活性材料。现有技术中已知的所述阴极活性材料包括但不限于LiCoO2、锂
‑
镍
‑
钴
‑
锰化合物(简称NCM)、锂
‑
镍
‑
钴
‑
铝化合物(NCA)、橄榄石结构的化合物（包括磷酸铁锂、磷酸锰铁锂等）、尖晶石结构的化合物（包括锂锰氧化物等）。所述阴极活性材料也可包括两种或多种上述化合物的混合物。
[0012]优选地，在一些实施方案中，本申请所述阴极活性材料可以包括化学式为LiNi
m
Co
n
Mn
b
O2的三元材料、所述三元材料的掺杂改性材料、所述三元材料的包覆改性材料中的一种或多种，其中m+n+b=1，并且0.96≤m≤0.995。
[0013]在一些实施方案中，所述玻璃态硫化物可以包括25Li2S
·
75 P2S5。
[0014]在一些实施方案中，所述无机单离子导体材料可以掺杂有Ga、Ta、W或Al等元素。本领域技术人员将理解，所述无机单离子导体材料可以掺杂有Ga、Ta、W和Al等元素中的一种或多种，只要预期这种掺杂可进一步提升其离子电导率。
[0015]举例而言，当所述无机单离子导体材料LLTO掺杂有Ga时，其离子导电率将上升至3.5
×
10
‑3。
[0016]在一些实施方案中，所述无机单离子导体材料为纳米颗粒，优选20
‑
500nm的纳米颗粒，更优选50
‑
200nm的纳米颗粒；或所述无机单离子导体材料为纳米线，优选长径比为5
‑
200的纳米线，更优选长径比为10
‑
50的纳米线。采用纳米级的颗粒，更有利于锂离子传导，提高电池的动力学性能。
[0017]在一些实施方案中，所述无机单离子导体材料的质量可占无机单离子导体材料与阴极活性材料的总质量的0.1
‑
5%，优选0.5
‑
5%。
[0018]举例而言本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阴极极片，包括：集流体；和活性材料层，所述活性材料层设置在所述集流体的至少一个表面上，所述活性材料层包括阴极活性材料和无机单离子导体材料，或所述活性材料层包括表面包覆有无机单离子导体材料的阴极活性材料，所述无机单离子导体材料的离子电导率为≥3
×
10
‑
3 S/cm；所述活性材料层的涂布重量为24 mg/cm2‑
43 mg/cm2。2.根据权利要求1所述的阴极极片，其中所述无机单离子导体材料包括下组中的至少一种：锂镧钛氧（Li
0.33
La
0.56
TiO3）、磷酸钛铝锂（Li
1.3
Al
0.3
Ti
1.7
(PO4)3）、磷酸锗铝锂（Li
1.5
Al
0.5
Ge
1.5
(PO4)3）、锂锗磷硫（Li
10
GeP2S
12
）、反钙钛矿型材料（Li3OX）、玻璃态硫化物（yLi2S
·
(100
‑
y)P2S5）和卤素硫化物（Li6PS5X），其中0＜y＜100，X选自Cl、Br或I。3.根据权利要求1所述的阴极极片，其中所述阴极活性材料包括化学式为LiNi
m
Co
n
Mn
b
O2的三元材料、所述三元材料的掺杂改性材料、所述三元材料的包覆改性材...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴凯，林逵，刘桓基，云亮，孙信，叶永煌，金海族，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：