[發明專利]一種鋰金屬電池正極、鋰金屬電池及其制備方法

在審

• 申請號: 202010583755.4
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111834620A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 徐雄文
• 申請（專利權）人: 湖南立方新能源科技有限責任公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/42;H01M4/131;H01M10/0525;H01M10/058;H01M10/0587
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 潘俊達;郭寶煊

本發明屬于鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種鋰金屬電池正極，包括正極集流體和正極活性物質層，所述正極活性物質層由正極漿料復合在所述正極集流體的至少一表面而成，所述正極漿料包括包覆有第一固態電解質顆粒的正極活性物質、第二固態電解質顆粒、導電劑和粘結劑。本發明通過采用第一固態電解質顆粒對正極活性材料包覆，提高了正極活性物質的熱穩定性。本發明在正極漿料中添加有第二固態電解質顆粒，填充到第一固態電解質顆粒包覆的正極活性物質之間的空隙中，在注入液態電解液之后，可以減少正極活性物質層和集流體吸附液態電解液的比例，從而提高鋰金屬電池的熱穩定性和安全性。

技術領域

本發明屬于鋰金屬電池技術領域，尤其涉及一種鋰金屬電池正極、鋰金屬電池及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池由于其工作電壓高、自放電小、無記憶效應、對環境友好等特點而廣泛應用于各種電子設備和電動儲能設備中。尤其是在手機中的應用，由于手機越來越輕薄化，對電池的能量密度要求越來越高。為了提升鋰離子電池的能量密度，關鍵是尋找高容量的正負極活性材料。金屬鋰負極理論比容量為3860mAh/g，電壓平臺為-3.04V(vs標準氫電極)，并具有極好的導電性，非常適合作為高能量密度電池的負極。困擾金屬鋰負極的主要問題主要是鋰枝晶的問題，在循環過程中，由于局部極化的因素，使得金屬鋰表面生長鋰枝晶，當鋰枝晶生長到一定程度的時候就可能穿透隔膜，引發安全問題。為了改善鋰金屬電池安全性，固態電池是一個主要方向。但是，固態電解質與鋰金屬電池的界面兼容性較差，導致鋰金屬電池的循環性能較差。

鑒于此，確有必要提供一種解決上述問題的技術方案。

發明內容

本發明的目的之一在于：針對現有技術的不足，而提供一種鋰金屬電池正極，能夠提高正極活性物質的熱穩定性和鋰金屬電池的安全性。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種鋰金屬電池正極，包括正極集流體和正極活性物質層，所述正極活性物質層由正極漿料復合在所述正極集流體的至少一表面而成，所述正極漿料包括包覆有第一固態電解質顆粒的正極活性物質、第二固態電解質顆粒、導電劑和粘結劑。

第一固態電解質顆粒選用鋰離子電導率高、熱穩定性好的固態電解質材料，經過第一固態電解質顆粒包覆后，正極活性物質的比容量不但不會受到限制，而且可以提高正極活性物質的高溫循環壽命。

其中，正極活性物質為可逆脫嵌鋰離子的物質，包括鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰、鎳錳酸鋰、磷酸錳鐵鋰、磷酸鈷鋰和富鋰錳基中的至少一種。正極集流體包括但不限于鋁箔。

導電劑包括導電碳黑、導電石墨、導電碳纖維、碳納米管和石墨烯中的至少一種。導電劑包括但不限于上述幾種，為鋰離子電池常用導電劑即可。

粘結劑包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯、聚乙烯、聚氨酯和聚酰胺中的至少一種。粘結劑包括但不限于上述幾種，為鋰離子電池常用粘結劑即可。

第一固態電解質顆粒包覆正極活性物質的方法包括但不限于射頻磁控濺射方法、包覆機包覆方法或制備成前驅體后燒結方法。

作為本發明所述的鋰金屬電池正極的一種改進，所述第一固態電解質顆粒為晶態氧化物固態電解質顆粒。這是因為氧化物固態電解質的還原電位一般大于3V，能夠滿足現有需求。并且，晶態氧化物固態電解質對空氣中的水汽不敏感，不易吸收空氣中的水分，能夠避免水分與金屬鋰反應造成安全事故。需要說明的是，第一固態電解質顆粒不能是非晶態氧化物固態電解質顆粒，這是因為非晶態的氧化物固態電解質顆粒對空氣中的水汽敏感，容易吸收空氣中的水分，而鋰金屬遇水會起火甚至爆炸。第一固態電解質顆粒也不能選用硫化物固態電解質顆粒，這是因為硫化物固態電解質的電化學穩定窗口較低，一般在3V以下。第一固態電解質顆粒不能選用聚合物固態電解質，這是因為其需要在高溫下才具有良好的離子電導率。