一种复合正极及锂离子电池制造技术

本申请提供了一种复合正极及锂离子电池，所述复合正极包括设置在集流体表面的至少一层三元正极材料层，所述复合正极与电解质接触的一侧设置有保护层；所述保护层包括含有羟基、胺基、羧基中至少一种官能团的丙烯酸共聚物以及固态电解质；所述共聚物包含苯环结构，且在同一个苯环的至少相邻取代位上连接有羟基结构；所述固态电解质为嵌段聚合物，包括软链段和硬链段；所述三元正极材料层占所述复合正极总厚度的70

【技术实现步骤摘要】
一种复合正极及锂离子电池


[0001]本申请涉及电池
，尤其涉及一种复合正极及锂离子电池。

技术介绍

[0002]在当今社会中，锂离子电池因其循环性能好、对环境友好等优点，逐渐成为最主要的可移动能源。相应的，锂离子电池的安全性和能量密度也越来越受到人们的重视。
[0003]以三元材料作为电极材料的锂离子电池因其能量密度高、用于新能源装置上续航能力强而受到广泛关注，但是一方面，三元电池的安全性较其他电池(如磷酸锂铁电池等)较差，这使得三元电池无法实现更大范围的商业化使用。
[0004]另一方面，三元电池的循环性能较差，容量衰减较快，这与过渡金属离子的溶解有关，过渡金属的溶解属于三元材料本身的缺陷，在以镍钴锰元素为主的三元材料制备的锂电池失效后，在负极中发现了沉积镍钴锰元素，推测的原因可能是电池内部痕量的水与锂盐LiPF6发生副反应生成HF，然后HF与电极表面的过渡金属离子反应，形成阻抗较大的产物，如MF2(此处M代指过渡金属)，造正极材料损失。过渡金属离子M
2+
将会溶于并随充放电过程向负极迁移，并以金属的形式沉积在负极表面。在电荷平衡原则下，该行为必然会造成已嵌入负极的Li
+
被迫脱出进入中，形成所谓的负极“自放电”过程，造成电池容量损失。
[0005]因此，亟需提出一种新的锂离子电池的正极，以解决上述问题。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中存在的上述一个或多个技术问题，本申请实施例提供了一种复合正极及锂离子电池，以解决现有技术中采用三元材料作为电极材料的锂离子电池存在已嵌入负极的Li
+
被迫脱出进入中，形成所谓的负极“自放电”过程，造成电池容量损失等问题。
[0007]为解决上述问题，本申请提供了如下技术方案：
[0008]第一方面，提供了一种复合正极，所述复合正极包括设置在集流体表面的至少一层三元正极材料层，所述复合正极与电解质接触的一侧设置有保护层；
[0009]所述保护层包括含有羟基、胺基、羧基中至少一种官能团的丙烯酸共聚物以及固态电解质；
[0010]所述共聚物包含苯环结构，且在同一个苯环的至少相邻取代位上连接有羟基结构；
[0011]所述固态电解质为嵌段聚合物，包括软链段和硬链段；
[0012]所述三元正极材料层占所述复合正极总厚度的70
‑
80％。
[0013]优选地，所述固态电解质为凝胶聚合物电解质。
[0014]可以理解的是，本申请的复合正极可包括多个三元正极材料层。
[0015]在一个具体的实施例中，所述共聚物的单体单元同时含有羟基、胺基、羧基官能团。
[0016]在一个具体的实施例中，所述共聚物的单体单元同时含有的羟基、胺基、羧基官能团的数目均为两个及以上。
[0017]在一个具体的实施例中，所述共聚物为含儿茶酚基团环氧琥珀酸和丙烯酸共聚物。
[0018]在一个具体的实施例中，所述固态电解质为聚氨酯，优选地，所述固态电解质为水溶性聚氨酯。
[0019]在一个具体的实施例中，所述共聚物与所述固态电解质的含量比为(1
‑
5)：(5
‑
9)。
[0020]优选地，所述共聚物与所述固态电解质的含量比为(1.5
‑
3)：(7
‑
8.5)。
[0021]在一个具体的实施例中，所述保护层还包括锂盐。
[0022]在一个具体的实施例中，所述保护层的离子电导率为(6.0
‑
7.0)
×
10
‑5S
·
cm
‑1。
[0023]优选地，所述保护层的离子电导率为6.6
×
10
‑5S
·
cm
‑1。
[0024]在一个具体的实施例中，所述三元正极材料层还包括粘结剂和导电剂。
[0025]第二方面，对应于上述复合正极，还提供了一种锂离子电池，包括如上所述的复合正极、负极、设置在所述复合正极与所述负极之间的隔膜。
[0026]在一个具体的实施例中，所述锂离子电池还包括电解质。
[0027]在另一个具体的实施例中，当包含如上所述的复合正极的电池为固态锂离子电池时，所述阻隔层中还包括增塑剂。
[0028]有益效果：
[0029]本申请提供的复合正极及锂离子电池，所述复合正极包括设置在集流体表面的至少一层三元正极材料层，所述复合正极与电解质接触的一侧设置有保护层；所述保护层包括含有羟基、胺基、羧基中至少一种官能团的丙烯酸共聚物以及固态电解质；所述共聚物包含苯环结构，且在同一个苯环的至少相邻取代位上连接有羟基结构；所述固态电解质为嵌段聚合物，包括软链段和硬链段；所述三元正极材料层占所述复合正极总厚度的70
‑
80％。本申请可以使得电池的循环性能得到较大的提升，且过渡金属在负极的沉淀得到明显改善。
具体实施方式
[0030]下面通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。
[0031]本申请在一实施例提供了一种复合正极，所述复合正极包括设置在集流体表面的至少一层三元正极材料层，所述复合正极与电解质接触的一侧设置有保护层。本申请提供的复合正极结构，其制备的电池的循环性能得到较大提升，且过渡金属在负极的沉积得到明显改善。
[0032]可以理解的是，本申请的复合正极可包括多个三元正极材料层，三元正极材料层的数量这里不做具体限制，用户可根据实际需求进行设置。
[0033]在本申请的一个实施例中，所述三元正极材料层包括三元正极材料。三元材料是指由三种化学成分(元素)，组分(单质及化合物)或部分(零件)组成的材料整体，包括合金、无机非金属材料、有机材料、高分子复合材料等，广泛应用于矿物提取、金属冶炼、材料加工、新型能源等行业。具体地，本申请中的三元正极材料指的是包含镍、钴、锰三种金属中至少一种的锂化物。在复合正极中设置具有三元正极材料的三元正极材料层，有助于提升电
池的整体能量密度。
[0034]本申请实施例中，对三元正极材料不做具体限制，在不违背本申请专利技术构思的前提下，任何已知的三元正极材料均可用于本申请。作为一种示例性而非限制性的说明，本申请实施例中的三元正极材料包括镍钴锰酸锂，镍钴锰酸锂是锂离子电池的关键三元正极材料，拥有比单元正极材料更高的比容量和更低的成本。镍钴锰酸锂具有能量密度高、循环性能好、电压平台高、热稳定性好等特点，且其以相对廉价的镍和锰取代了钴酸锂中三分之二以上的钴，成本方面优势非常明显，和其他锂离子电池正极材料锰酸锂、磷酸亚铁锂相比，镍钴锰酸锂材料和钴酸锂在电化学性能和加工性能方面非常接近，使得镍钴锰酸锂材料成为新的电池材料而逐渐取代钴酸锂。
[0035]可选地，所述三元正极材料包括NCM532、NCM811、NCM333中的任意一种或至少两种的组合。
[0036本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合正极，其特征在于，所述复合正极包括设置在集流体表面的至少一层三元正极材料层，所述复合正极与电解质接触的一侧设置有保护层；所述保护层包括含有羟基、胺基、羧基中至少一种官能团的丙烯酸共聚物以及固态电解质；所述共聚物包含苯环结构，且在同一个苯环的至少相邻取代位上连接有羟基结构；所述固态电解质为嵌段聚合物，包括软链段和硬链段；所述三元正极材料层占所述复合正极总厚度的70
‑
80％。2.根据权利要求1所述的复合正极，其特征在于，所述共聚物的单体单元同时含有羟基、胺基、羧基官能团。3.根据权利要求2所述的复合正极，其特征在于，所述共聚物的单体单元同时含有的羟基、胺基、羧基官能团的数目均为两个及以上。4.根据权利要求3所述的复合正极，其特征在于，所述共聚物为含儿茶酚基团环氧琥珀酸和丙烯酸共聚物。5.根据权利要求1所述的复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈志鹏，陈凯，冯玉川，李峥，何泓材，
申请(专利权)人：苏州清陶新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：