[發(fā)明專利]一種鋰電池正極結(jié)構(gòu)組合及其制備方法、鋰電池電芯

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• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN108336302A
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張曉琨;宋世湃
• 申請（專利權(quán)）人: 成都英諾科技咨詢有限公司
• 主分類號: H01M4/131
• 分類號: H01M4/131;H01M4/1391
• 代理公司: 成都帝鵬知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 51265
• 代理人: 黎照西

本發(fā)明涉及鋰電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰電池正極結(jié)構(gòu)組合及其制備方法、鋰電池電芯。一種鋰電池正極結(jié)構(gòu)組合，包括正極結(jié)構(gòu)和形成在所述正極結(jié)構(gòu)上的緩沖層，所述正極結(jié)構(gòu)包括正極集流體和形成在所述正極集流體上的正極層。所述緩沖層形成在所述正極層之上，且所述正極集流體、正極層和緩沖層疊加設(shè)置。所述正極層包括鋰離子化合物，所述緩沖層包括鋰離子化合物。所述緩沖層能有效阻止電解質(zhì)和正極結(jié)構(gòu)直接接觸，避免電解質(zhì)中的微量HF與正極結(jié)構(gòu)的不可逆反應，同時抑制高壓充電下正極結(jié)構(gòu)的塌陷，從而使得該正極結(jié)構(gòu)制成的電池的可逆容量和循環(huán)性得到提升。

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及鋰電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰電池正極結(jié)構(gòu)組合及其制備方法、鋰電池電芯。

【背景技術(shù)】

上世紀90年代SONY公司開發(fā)第一代商用鋰電池以來，由于鋰電池具有高能量密度和輸出工作電壓的優(yōu)點，被廣泛用于數(shù)碼電子產(chǎn)品、電動汽車及大規(guī)模儲能等方面。正極材料是鋰電池的重要組成部分，直接影響著鋰電池的容量、循環(huán)性能等參數(shù)。常見的正極材料有磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料等。在各種正極材料中，鈷酸鋰(LiCoO₂)由于其周期穩(wěn)定性好、可逆性好、能量密度高、制備方便，被廣泛用于各個領(lǐng)域。許多研究者發(fā)現(xiàn)通過提高截止電位能夠顯著提升LiCoO₂電池的容量，但是在高電壓下，LiCoO₂正極材料結(jié)構(gòu)會發(fā)生不可逆的塌陷，從而導致容量快速衰減。目前有文獻報道正極材料LiCoO₂表面進行金屬氧化物包覆能改善這一問題。例如現(xiàn)有技術(shù)中揭示當LiCoO₂極片表面濺射一層厚度為200nm摻有2％Al₂O₃的ZnO薄膜時，在3.0V–4.5V之間進行充放電150圈之后其容量保有率為90％，而未作處理的LiCoO₂電池容量保有率只有46％。氧化物涂層有效阻止電極材料與電解質(zhì)直接接觸，抑制電極材料充放電過程中的相變，增強了高電壓下LiCoO₂材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，使電池的可逆容量和循環(huán)性能得到提升。但是金屬氧化物本身的鋰離子傳導性較差，將降低LiCoO₂材料與電解質(zhì)之間的鋰離子傳輸速率，從而影響電池的倍率性能。此外，鋰電池充放電過程中，電極表面會生成一層固體電解質(zhì)界面膜(SEI膜)，其主要成分為鋰的化合物，穩(wěn)定的SEI膜能有效阻止有機大分子進入電極材料結(jié)構(gòu)中增強電極穩(wěn)定性，從而有效提高電池的循環(huán)性能，但同時也會造成一部分鋰損失，因此，如何生成穩(wěn)定的SEI膜將是解決LiCoO₂電池高容量、高電壓、高能量等高性能的關(guān)鍵問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

為克服目前鋰電池正極結(jié)構(gòu)容易發(fā)生不可逆的塌陷，導致鋰電池結(jié)構(gòu)電能容量變低，充放電循環(huán)效果變差的問題，本發(fā)明提供一種鋰電池正極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，比容量高、充放電循環(huán)效果好的鋰電池正極結(jié)構(gòu)組合及其制備方法、鋰電池電芯。

本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題，提供一技術(shù)方案：

一種鋰電池正極結(jié)構(gòu)組合，包括正極結(jié)構(gòu)和形成在所述正極結(jié)構(gòu)上的緩沖層，所述正極結(jié)構(gòu)包括正極集流體和形成在所述正極集流體上的正極層。所述緩沖層形成在所述正極層之上，且所述正極集流體、正極層和緩沖層疊加設(shè)置。所述正極層包括鋰離子化合物，所述緩沖層包括鋰離子化合物。

優(yōu)選地，所述緩沖層的鋰離子化合物包括快離子導體，所述快離子導體具體為Li_1+yA_yTi_2-x-yM_x(PO₄)₃(0≤x≤2,0≤y≤2和0≤x+y≤2，A＝Al、Ga、In、Sc、Y，M＝Ge、Zr、Hf等)、La_2/3-xLi_3xTiO₃(0.05＜x＜0.167)、LiNbO₃、LiPON、Li₂CO₃中的任一種。

優(yōu)選地，所述緩沖層的厚度為5-20nm。