一种阴极极片及其电池制造技术

本发明专利技术提供一种阴极极片，包括集流体以及设置在集流体表面的复合活性涂层；在复合活性涂层的厚度方向上，复合活性涂层包括依次复合的层状氧化物活性涂层、保护层和磷酸盐活性涂层，磷酸盐活性涂层包括磷酸盐材料，保护层包括固态电解质材料，层状氧化物活性涂层包括层状氧化物。本发明专利技术所提供的阴极极片有利于防止层状氧化物与磷酸盐材料之间由于工作电压落差导致过度脱锂问题，实现了阴极极片稳定的脱嵌锂；进而在同一阴极极片中充分发挥磷酸盐材料的高循环性能优势和层状氧化物的高容量优势，并保证阴极极片整体在高电压下具有优异的结构稳定性和循环稳定性。结构稳定性和循环稳定性。结构稳定性和循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种阴极极片及其电池


[0001]本专利技术属于电池
，具体地，涉及一种阴极极片及其电池。

技术介绍

[0002]磷酸盐材料具有较好的循环性能和安全性能，层状氧化物具有较高的容量和压实密度；在阴极极片中将磷酸盐材料和层状氧化物同时使用可以实现循环性能、安全性能、容量、压实密度综合性能更加优异的阴极极片。目前市场上有将上述两种材料直接混合涂布的共掺极片，这种设计便于制造，但是上述两种材料的粒度差异大，密度差异大，难以实现均匀混合而使磷酸盐材料和层状氧化物无法充分发挥二者的协同优势；也有专利指出可将磷酸盐材料与层状氧化物分层涂布制得复合极片，但是无论磷酸盐材料位于上层或者下层，所制作的复合极片无法匹配高电压的应用，容易导致极片的过度脱锂，这主要是由于磷酸盐材料的工作电压低，而层状氧化物工作电压高，采用分开涂布也无法实现高电压下稳定的动力学性能。基于此，如何在同一阴极极片中充分发挥磷酸盐材料和层状氧化物的协同优势，并保证阴极极片在高电压下的结构稳定性和循环稳定性，是本领域技术人员在研究中急需解决的技术问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种阴极极片，在该阴极极片中能够充分发挥磷酸盐材料和层状氧化物的协同优势，并保证该阴极极片整体在高电压下具有优异的结构稳定性和循环稳定性。
[0004]根据本专利技术的一个方面，提供一种阴极极片，包括集流体以及设置在集流体表面的复合活性涂层；在复合活性涂层的厚度方向上，复合活性涂层包括依次复合的层状氧化物活性涂层、保护层和磷酸盐活性涂层，磷酸盐活性涂层包括磷酸盐材料，保护层包括固态电解质材料，层状氧化物活性涂层包括层状氧化物。由于磷酸盐材料工作电压较低，其在高电压下容易过充造成极片结构不稳定，且磷酸盐材料与层状氧化物的工作电压不匹配，集成了上述两种材料的阴极极片在高电压下容易由于活性锂的损失造成极片结构不稳定和性能的劣化。本专利技术所提供的阴极极片通过在磷酸盐活性涂层和层状氧化物活性涂层之间设置了保护层，隔开了工作电压不同的层状氧化物和磷酸盐材料；而且，构成保护层的固态电解质材料具有较高的离子电导率和电化学电位，其不容易过充，进而提高了极片的电导率，降低了极片的面电阻；同时，由于固态电解质材料结构稳定，其减少了电解液消耗下活性锂的损失，有利于维持在高电压下磷酸盐活性涂层中磷酸盐活性材料的活性锂含量，起到了结构稳定的固态电解质材料对磷酸盐材料的保护作用。基于此，本专利技术所提供的阴极极片有利于防止层状氧化物与磷酸盐材料之间由于工作电压落差导致过度脱锂问题，实现了阴极极片稳定的脱嵌锂；进而在同一阴极极片中充分发挥磷酸盐材料的高循环性能优势和层状氧化物的高容量优势，并保证阴极极片整体在高电压下具有优异的结构稳定性和循环稳定性。
[0005]具体地，磷酸盐材料的化学通式为LiMn
x
Fe
y
A
(1
‑
x
‑
y)
PO4，其中，0≤x≤1，0≤y≤1，A元素指的是Mg、Al、Ni、Co、V、Nb、Ca、Ti、Zn、Cu、Zr、Sr、Sn、Y、W、B、Si、Na、K中的一种或两种，
[0006]具体地，层状氧化物的化学通式为Li
a
Ni
b
Co
c
M
(1
‑
b
‑
c)
O2，其中，0.8≤a≤1.4，0.2≤b≤1，0≤c≤0.3，M元素指的是Mn、Mg、Al、Zr、Ti、V、W、B、Nb、Ca、Zn、Cu、Sr、Sn、Y、Si、Na、K中的一种或两种。
[0007]优选地，在阴极极片的集流体同一侧，沿远离集流体表面的方向上，层状氧化物活性涂层、保护层、磷酸盐活性涂层依次设置。
[0008]优选地，磷酸盐活性涂层的厚度：保护层的厚度：层状氧化物活性涂层的厚度＝10～150：2～30：5～200。本专利技术通过合理设置保护层与磷酸盐材料活性涂层、层状氧化物活性涂层的厚度比，使保护层中固态电解质材料、磷酸盐活性涂层中磷酸盐材料、层状氧化物活性涂层中层状氧化物的含量控制在合适的范围内，在保证了保护层有效发挥其维持磷酸盐材料在高电压下活性锂含量的作用基础上，改善了保护层与磷酸盐活性涂层、层状氧化物活性涂层的复合效果，从而提高了本专利技术所提供的极片的结构稳定性和循环稳定性。
[0009]优选地，磷酸盐活性涂层的厚度：保护层的厚度：层状氧化物活性涂层的厚度＝30～150：2～30：30～150。
[0010]优选地，磷酸盐活性涂层的厚度为15～150μm，磷酸盐活性涂层的面密度为10～280g/m2。若磷酸盐活性涂层过薄，磷酸盐材料的含量少，进而使阴极极片的容量降低，能量密度降低；若磷酸盐活性涂层过厚，极片整体变厚，锂离子传输路径变长，进而使阴极极片的阻抗升高，循环性能降低。因此本专利技术通过合理设置磷酸盐活性涂层的厚度和面密度，进一步提高了电池的能量密度和循环性能。
[0011]优选地，层状氧化物活性涂层的厚度为5～200μm，面密度为30～200g/m2。若层状氧化物活性涂层过薄，层状氧化物活性涂层中层状氧化物的含量过少，使极片的容量和能量密度降低；若层状氧化物活性涂层过厚，极片整体变厚，锂离子的传输路径变长，使极片的阻抗增加和循环性能降低。因此本专利技术通过合理设置层状氧化物活性涂层的厚度和面密度，进一步提高了电池的能量密度和循环性能。
[0012]优选地，层状氧化物活性涂层的厚度为30～150μm。
[0013]优选地，保护层的厚度为2～30μm；保护层的面密度为2～60g/m2。一方面，若保护层的厚度过小，面密度过小，保护层中固态电解质材料的含量少，难以对磷酸盐材料起到较好的保护作用；若保护层的厚度过大，面密度过大，保护层中固态电解质材料的含量多，使保护层具有较低的电导率和较高的阻抗，降低极片的循环性能。因此本专利技术所提供的阴极极片通过合理设置保护层的厚度和面密度，能够在保证保护层发挥其维持磷酸盐材料在高电压下活性锂含量的作用基础上，降低了保护层的界面阻抗，从而提高阴极极片的循环稳定性。
[0014]优选地，以D表示依次复合的层状氧化物活性涂层、保护层和磷酸盐活性涂层的厚度之和，D满足：50μm≤D≤300μm。若阴极极片的厚度过薄，所含有的三种阴极活性材料含量过少，极片加工困难，且容量低、能量密度低；若极片的厚度过厚，电解液浸润困难，导致极片的阻抗增加和循环性能降低。在本专利技术中，通过将阴极极片的厚度控制在上述范围内，能够在保证极片的加工性能的前提下，进一步提高极片的循环性能和能量密度。
[0015]优选地，固态电解质材料包括石榴石型固态电解质、钙钛矿型固态电解质、
LISICON型固态电解质、NASICON型固态电解质中的至少一种。
[0016]优选地，固态电解质材料的粒径为100nm～1μm。本专利技术将固态电解质材料的粒径控制在上述范围之内，能够在保证阴极极片加工性能的基础上，提高保护层的压实密度和导电性能，进而提高阴极极片本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阴极极片，其特征在于，包括集流体以及设置在所述集流体表面的复合活性涂层；在所述复合活性涂层的厚度方向上，所述复合活性涂层包括依次复合的层状氧化物活性涂层、保护层和磷酸盐活性涂层，所述磷酸盐活性涂层包括磷酸盐材料，所述保护层包括固态电解质材料，所述层状氧化物活性涂层包括层状氧化物。2.如权利要求1所述阴极极片，其特征在于，所述磷酸盐活性涂层的厚度：所述保护层的厚度：所述层状氧化物活性涂层的厚度＝10～150：2～30：5～200。3.如权利要求2所述阴极极片，其特征在于，所述磷酸盐活性涂层的厚度：所述保护层的厚度：所述层状氧化物活性涂层的厚度＝30～150：2～30：30～150。4.如权利要求2所述阴极极片，其特征在于，所述磷酸盐活性涂层的厚度为15～150μm，所述磷酸盐活性涂层的面密度为10～280g/m2。5.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡骐，曾汉民，徐鑫鑫，何巍，刘金成，
申请(专利权)人：湖北亿纬动力有限公司，
类型：发明
国别省市：