[發明專利]一種復合正極及其在固態聚合物鋰離子電池的應用

有效

• 申請號: 201910362411.8
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN110085805B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 孫學良;梁健能;孫乾;羅婧;趙陽;盧世剛;張立;趙尚騫
• 申請（專利權）人: 國聯汽車動力電池研究院有限責任公司;西安大略大學
• 主分類號: H01M4/131
• 分類號: H01M4/131;H01M4/62;H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王文君;陳征

本發明涉及一種復合正極及其在固態聚合物電解質電池的應用。所述復合正極包括：高電壓正極、及包覆于高電壓正極的保護層；所述保護層材料選自原子層沉積材料和/或分子層沉積材料。本發明采用原子層沉積/分子層沉積技術包覆鋰離子電池正極材料，形成保護層，從而防止含此類正極材料的固態鋰離子電池中的聚合物基電解質分解，進而提高了固態鋰離子電池在高充電電壓下的循環性能。

技術領域

本發明涉及一種復合正極及其應用，屬于能源材料技術領域。

背景技術

固態鋰離子電池具有高度的安全性和可靠性，近年來受到越來越多的關注。固態鋰離子電池的關鍵技術是固態電解質。現在最常見的固態電解質有幾種類型，如聚合物基固態電解質，氧化物基固態電解質，硫化物基固態電解質，Li₃N和LiBH₄等，其中聚合物基固態電解質是最早開發和最受關注的固態電解質之一。

基于聚醚類的聚合物基固態電解質技術已被應用在商業電動汽車上。它使用鋰負極和LiFePO₄正極材料，可以提供30千瓦時的電力，行駛里程為250公里。但是，由于LiFePO₄的比容量和能量密度低，達不到較長行駛里程的要求。

LiCoO₂,LiNiO₂,以及LiMnO₂基正極材料具有更高的理論能量密度，能夠提供足夠的能量以達到行駛里程的要求。然而，當將聚合物基固態電解質用于該類鋰離子正極材料時，由于該類正極材料要求比較高的充電電壓，該電壓已經高于聚合物基固態電解質的電化學穩定窗口，導致在充放電過程中會發生電解質的分解以及電池容量急劇衰減等問題。

發明內容

為解決以上技術問題，本發明采用原子層沉積/分子層沉積技術包覆鋰離子電池正極材料，形成保護層，從而防止含此類正極材料的固態鋰離子電池中的聚合物基電解質分解，進而提高了固態鋰離子電池在高充電電壓下的循環性能。

本發明的技術方案如下：

一種復合正極，包括：高電壓正極、及包覆于高電壓正極的保護層；所述保護層材料選自原子層沉積材料和/或分子層沉積材料；

所述原子層沉積材料具體選自氧化物、含鋰化合物；所述氧化物具體可選自Al₂O₃,TiO₂,ZrO₂,Fe₂O₃,AlPO₄,FePO₄等氧化物中的一種或多種；所述含鋰化合物具體可選自LiAlO₂,LiTaO₃,Li₃PO₄,Li₂SiO₃,LiNbO₃等含鋰化合物中的一種或多種。

所述分子層沉積材料選自Alucon(鋁基有機無機復合薄膜)、Zrucon(鋯基有機無機復合薄膜)、polyurea(聚脲)等材料中的一種或多種。

所述保護層可包覆于正極活性材料顆粒的表面，或者直接包覆在高電壓正極的表面；進一步地，所述保護層可以是單種原子層沉積包覆層分子層沉積包覆層，也可以是兩種或者由兩種以上原子層沉積/分子層沉積組合的復合材料包覆層。

所述復合正極還包括導電劑、由聚合物固態電解質或者其他聚合物組成的粘結劑等。

所述高電壓正極的電壓范圍在2.7–4.3V之間。

所述高電壓正極的材質選自LiMO₂、LiNPO₄、LiY₂O₄等鋰離子正極材料中的一種或幾種混合；其中，M選自Co、Ni、Mn中一種或幾種組合；N選自Fe、Co、Mn中一種或幾種組合；Y選自Co、Ni、Mn中的一種或幾種組合。