[發明專利]一種鋰離子電池正極極片、其制備方法和鋰離子電池

在審

• 申請號: 202111420797.7
• 申請日: 2021-11-26
• 公開（公告）號: CN114204027A
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 袁利霞;程澤曉;李真;黃云輝;向經緯
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/13;H01M4/139;H01M4/136;H01M4/1397;H01M10/0525
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 許恒恒

本發明公開了一種正極極片、其制備方法和電池。所述正極極片，用于將鋰金屬作為負極的電池中，所述正極極片包括儲存于正極極片孔隙中的緩釋型添加劑，所述緩釋型添加劑在電池循環過程中，逐漸溶解于電解液中，并參與負極電極表面的SEI成膜；其中，所述緩釋型添加劑在電解液中的溶解度小于0.02mol/L。本發明利用緩釋型添加劑自身在電解液中的較低溶解度，通過將多余的緩釋型添加劑儲存在正極極片中，并在電池循環中不斷從正極緩釋至電解液中補充該添加劑的消耗，通過該添加劑的分解保護負極，從而延長全電池的循環壽命。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，更具體地，涉及一種正極極片、其制備方法和電池。

背景技術

電池技術在當今社會生活中被廣泛使用，其中鋰離子電池技術因其具有較高的能量密度以及較長的循環壽命而收到廣泛關注。但基于嵌脫機制的鋰離子電池的能量密度不能滿足快速增長的市場需求，因此，必須研究開發新型的能量密度更高的正負極材料。在所有的固態電極材料中，鋰金屬負極具有最高的理論儲鋰容量和最低的氧化還原電位，因而被認為是最有希望的下一代電極材料。但鋰金屬具有極高的還原活性可以與幾乎所有的電解液反應，這些副反應會不斷消耗電解液和金屬鋰，同時降低負極的效率。為了抑制副反應，人們提出了很多方法，其中，電解液添加劑被認為是最有希望實用化的方法之一。

通過電解液添加劑可以調控金屬鋰負極與電解液界面處的副反應和界面處的固態電解質膜(SEI)的成分和結構，從而改善電池性能。硝酸鋰可以在低電位下還原，其還原產物參與形成的SEI膜可以有效提高金屬鋰負極的庫倫效率和循環穩定性。目前硝酸鋰作為一種添加劑已被應用于鋰硫電池中(Electrochimica Acta,2012,70:344-348)。但是不同于鋰硫電池廣泛采用的醚類電解液對于硝酸鋰具有高的溶解能力，在適用于鋰離子電池的碳酸酯電解液中，硝酸鋰的溶解度較低，無法直接使用。目前，華中科技大學孫永明將硝酸鋰與金屬鋰混合(Advanced Functional Materials,2021,31(19):2010602)，使用機械糅合的方法，將硝酸鋰(LiNO3)糅合進金屬鋰之中，作為負極，LiNO₃會在與金屬鋰接觸后自發分解并與鋰金屬反應產生LiNxOy和Li₃N等，有助于在負極生成SEI膜。但是該方法在初次加工時就會產生大量的非活性LiNxOy和Li₃N成分，降低了鋰的利用率；而且該方法直接對金屬鋰進行機械加工，加工過程對環境要求很高(需干燥間處理，嚴格控制空氣中的水含量)；同時其添加了大量的(25％wt)LiNO₃才獲得了穩定的循環性能，這降低了負極材料的能量密度。因此亟需開發新的方法，改善電池性能的同時，簡化制備方法，提升制備的可靠性、一致性。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種正極極片、其制備方法和電池，其目的在于利用緩釋型添加劑自身在電解液中的較低溶解度，通過將多余的緩釋型添加劑儲存在正極極片中，并在電池循環中不斷從正極緩釋至電解液中補充該添加劑的消耗，通過該添加劑的分解保護負極，從而延長全電池的循環壽命，由此解決目前硝酸鋰的溶解度較低，無法直接使用，添加至負極存在負面影響的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種正極極片，用于將鋰金屬作為負極的電池中，所述正極極片包括儲存于正極極片孔隙中的緩釋型添加劑，所述緩釋型添加劑在電池循環過程中，逐漸溶解于電解液中，并參與負極電極表面的SEI成膜；其中，所述緩釋型添加劑在電解液中的溶解度小于0.02mol/L。

由于電極漿料在制備時，越大的硝酸鋰粒徑所需要的溶解時間越久，漿料的攪拌也就越久。并且LiNO₃容易吸潮結塊，越細的粉也可以表明LiNO₃的含水量越少，引入電極漿料中的水分也越少。因此，本發明中優選地，所述緩釋型添加劑為硝酸鋰，所述緩釋型添加劑的粒徑小于10μm。