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[發明專利]一種鋰電池正極結構組合及其制備方法、鋰電池電芯在審

專利信息
申請號: 201711371023.3 申請日: 2017-12-19
公開(公告)號: CN108336302A 公開(公告)日: 2018-07-27
發明(設計)人: 張曉琨;宋世湃 申請(專利權)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: 成都帝鵬知識產權代理事務所(普通合伙) 51265 代理人: 黎照西
地址: 611731 四川省*** 國省代碼: 四川;51
權利要求書: 查看更多 說明書: 查看更多
摘要:
搜索關鍵詞: 正極結構 緩沖層 正極層 正極集流體 鋰電池正極 結構組合 鋰離子化合物 電解質 鋰電池電芯 制備 不可逆反應 高壓充電 可逆容量 循環性 鋰電池 緩沖 塌陷 電池
【說明書】:

發明涉及鋰電池技術領域,尤其涉及一種鋰電池正極結構組合及其制備方法、鋰電池電芯。一種鋰電池正極結構組合,包括正極結構和形成在所述正極結構上的緩沖層,所述正極結構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和正極結構直接接觸,避免電解質中的微量HF與正極結構的不可逆反應,同時抑制高壓充電下正極結構的塌陷,從而使得該正極結構制成的電池的可逆容量和循環性得到提升。

【技術領域】

本發明涉及鋰電池技術領域,尤其涉及一種鋰電池正極結構組合及其制備方法、鋰電池電芯。

【背景技術】

上世紀90年代SONY公司開發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點,被廣泛用于數碼電子產品、電動汽車及大規模儲能等方面。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、循環性能等參數。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)由于其周期穩定性好、可逆性好、能量密度高、制備方便,被廣泛用于各個領域。許多研究者發現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正極材料結構會發生不可逆的塌陷,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。例如現有技術中揭示當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材料的結構穩定性,使電池的可逆容量和循環性能得到提升。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界面膜(SEI膜),其主要成分為鋰的化合物,穩定的SEI膜能有效阻止有機大分子進入電極材料結構中增強電極穩定性,從而有效提高電池的循環性能,但同時也會造成一部分鋰損失,因此,如何生成穩定的SEI膜將是解決LiCoO2電池高容量、高電壓、高能量等高性能的關鍵問題。

【發明內容】

為克服目前鋰電池正極結構容易發生不可逆的塌陷,導致鋰電池結構電能容量變低,充放電循環效果變差的問題,本發明提供一種鋰電池正極結構穩定,比容量高、充放電循環效果好的鋰電池正極結構組合及其制備方法、鋰電池電芯。

本發明為了解決上述技術問題,提供一技術方案:

一種鋰電池正極結構組合,包括正極結構和形成在所述正極結構上的緩沖層,所述正極結構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Li1+yAyTi2-x-yMx(PO4)3(0≤x≤2,0≤y≤2和0≤x+y≤2,A=Al、Ga、In、Sc、Y,M=Ge、Zr、Hf等)、La2/3-xLi3xTiO3(0.05<x<0.167)、LiNbO3、LiPON、Li2CO3中的任一種。

優選地,所述緩沖層的厚度為5-20nm。

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