[發(fā)明專利]一種高穩(wěn)定型固態(tài)電池正極及其制備方法

在審

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• 申請日: 2021-07-30
• 公開（公告）號: CN113611865A
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發(fā)明（設計）人: 婁帥鋒;孫業(yè)財;王家鈞;馬玉林;尹鴿平
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/131;H01M4/1391;H01M10/0525
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 李智慧

一種高穩(wěn)定型固態(tài)電池正極及其制備方法，屬于全固態(tài)鋰電池技術領域，具體方案如下：一種高穩(wěn)定型固態(tài)電池正極，包括正極活性物質、導電劑和粘結劑，所述正極活性物質和導電劑均被五氧化二鉭包覆。本發(fā)明中，五氧化二鉭具有較高的離子電導率和較低的電子電導率，作為包覆層會促進Li⁺的傳輸，通過在導電劑和正極活性物質表面包覆一層五氧化二鉭，阻斷了正極活性物質、導電劑和PEO基固態(tài)電解質的直接接觸，從而緩解了PEO在高電壓下被正極活性物質的氧化分解，也緩解了導電劑對PEO電解質的催化分解，形成了高穩(wěn)定型的正極極片，提高了固態(tài)電池的綜合性能。

技術領域

本發(fā)明涉及全固態(tài)鋰電池技術領域，具體涉及一種高穩(wěn)定型固態(tài)電池正極及其制備方法。

背景技術

化石燃料的快速消耗導致了能源危機和日益嚴重的環(huán)境污染，開發(fā)清潔和可再生的能源可以減少對于化石能源的依賴。在各種能量存儲和轉換設備中，鋰離子電池因具有環(huán)境友好，無記憶效應，循環(huán)性能穩(wěn)定等特點，成為主要儲能設備。但近期搭載液態(tài)鋰離子電池的電動汽車事故頻發(fā)，引起了人們對于電池安全性的關注。相比之下，固態(tài)電池具有更高的能量密度和更高的安全性，有望應用于電動汽車和大型儲能系統(tǒng)中。

2011年，法國博洛雷公司推出了搭載聚合物基固態(tài)電池的電動汽車。然而，其采用磷酸鐵鋰正極，聚氧化乙烯(PEO)基固態(tài)電解質，鋰金屬負極的電池組能量密度僅為100Wh/Kg，在能量方面并無任何優(yōu)勢。

在PEO基固態(tài)電解質體系中，想要提升電池組的能量密度，必須選擇高壓正極材料，比如高鎳三元材料，但PEO與高壓正極材料搭配時，充電態(tài)的正極活性材料顆粒具有氧化能力，會使PEO電解質分解。并且由于高壓正極材料電子導電性較差，正極極片中必須加入較多比例的導電劑，但導電劑與PEO直接接觸時，也會進一步催化分解PEO，以上兩點影響了PEO基聚合物固態(tài)電池的進一步發(fā)展。

發(fā)明內容

本發(fā)明的第一個目的是為了避免高壓正極材料和導電劑直接與PEO基固態(tài)電解質接觸時催化PEO分解，提供一種高穩(wěn)定型固態(tài)電池正極；

本發(fā)明的第二個目的是提供一種高穩(wěn)定型固態(tài)電池正極的制備方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案如下：

一種高穩(wěn)定型固態(tài)電池正極，包括正極活性物質、導電劑和粘結劑，所述正極活性物質和導電劑均被五氧化二鉭包覆。

進一步的，所述正極活性物質占正極總質量的比例為50-95％，導電劑占正極總質量的比例為2-25％，粘結劑占正極總質量的比例為2-25％，所述五氧化二鉭占正極總質量的1％-3％。

進一步的，所述正極活性物質包括LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂、LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂、LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂、鈷酸鋰，錳酸鋰中的一種，所述導電劑包括乙炔黑、Super P中的一種，所述粘結劑為聚偏氟乙烯。

所述的高穩(wěn)定型固態(tài)電池正極的制備方法，包括以下步驟：

步驟一、將正極活性物質和導電劑在研缽中充分研磨、混合，得到混合物A；

步驟二、將步驟一得到的混合物A與五氧化二鉭分散在有機溶劑Ⅰ中，加熱攪拌，直至有機溶劑完全揮發(fā)，五氧化二鉭均勻分散在混合物的表面得到混合物B；

步驟三、將混合物B在惰性氣體氛圍下進行管式爐煅燒，得到有五氧化二鉭包覆層的正極活性物質和導電劑的混合物C。

步驟四、將混合物C、粘結劑加入到有機溶劑Ⅱ中，經(jīng)攪拌、涂布、干燥、沖切、輥壓，得到高穩(wěn)定型固態(tài)電池正極。