一种复合正极及其制备方法和应用与流程

    专利查询2026-05-02  5


    本发明属于电池,涉及一种正极,具体涉及一种复合正极及其制备方法和应用。


    背景技术:

    1、锂离子电池具有开路电压高、能量密度大、使用寿命长、无记忆效应、无污染及自放电小等优点,是目前综合性能最好的电池产品之一,可适用范围广。正极材料作为锂离子电池的核心材料,提高锂电池正极材料性能已成为当今最为活跃的研究领域之一。目前已实现商业化生产与应用的主要有磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、镍钴锰三元材料。其中,磷酸铁锂自身能量密度较低,低温性能较差,钴酸锂受限于存储量,价格较高且容易造成环境污染,锰系材料具有价格低廉、热稳定性好、安全性高等优点。但锰系正极材料在电解液中的hf的诱导发生歧化,三价锰离子容易转变成二价锰离子和四价锰离子,正极材料的结构破坏。同时,二价锰离子溶于电解液中,随电解液迁移至负极,不断破坏负极表面的sei膜(固体电解质界面膜),sei膜的不断重新生成,较多的消耗锂离子,导致电池的容量衰减,循环性能劣化。

    2、现有技术中,大多采用包覆的方式隔绝锰系正极材料与电解液的接触,现有的包覆材料如金属氧化物、氧化物固态电解质等,受到材料本身硬度的影响,无法在锰系正极材料表面形成薄且致密的包覆,无法兼顾好的隔绝效果和包覆材料低的质量占比,即无法兼顾由此制备的电池的循环性能和能量密度。

    3、因此,需要一种复合正极,有效解决锰离子的溶出问题,有效提升电池的循环性能和能量密度。


    技术实现思路

    1、本发明针对现有技术存在的问题,提供了一种复合正极及其制备方法和应用,可有效提升电池的循环性能和能量密度。

    2、为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:

    3、第一方面,本发明提供了一种复合正极,包括第一正极层和第二正极层,所述第一正极层包括第一正极活性材料,所述第一正极活性材料包括锰酸锂、镍锰酸锂、镍钴锰酸锂、富锂锰基正极材料中的至少一种;

    4、所述第二正极层包括第二正极活性材料和第一卤化物固态电解质liambmnb(1-m)claf3,其中,m包括al或in中的一种;n包括ga;

    5、a:b为1.5-3.5:1,0≤m<0.7;

    6、所述第二正极层的孔隙率为0.1-10%。

    7、在其中一些实施例中,所述第一正极层的厚度d1大于所述第二正极层的厚度d2。

    8、在其中一些优选的实施例中,所述第一正极层的厚度d1与第二正极层的厚度d2满足:d1≥2d2。

    9、在其中一些优选的实施例中,d1为30μm-400μm。

    10、在其中一些优选的实施例中,d2为5μm-30μm。

    11、在其中一些实施例中,所述第二正极活性材料包括磷酸铁锂、磷酸铁锰锂、磷酸钒锂中的至少一种。

    12、在其中一些实施例中,所述第二正极活性材料包括锰酸锂、镍锰酸锂、镍钴锰酸锂、富锂锰基正极材料中的至少一种。

    13、在其中一些实施例中,所述第一卤化物固态电解质在所述第二正极活性材料颗粒表面形成包覆层。

    14、在其中一些实施例中,所述正极活性材料与所述第一卤化物固态电解质的质量比为1-9:1。

    15、第二方面,本发明提供一种如上所述的复合正极的制备方法,包括以下步骤:

    16、1)制备第一正极层;

    17、2)制备第二正极层:将正极活性材料和第一卤化物固态电解质混合进行球磨,得到复合正极活性材料;将复合正极活性材料、导电剂和粘结剂混合,纤维化处理,压制,得到第二正极层;

    18、3)制备复合正极:将第一正极层和第二正极层复合,得到复合正极。

    19、在其中一些优选的实施例中,所述步骤1)中,将锰酸锂、导电剂、粘结剂和固态电解质材料混合,进行纤维化处理,压制,得到第一正极层。

    20、第三方面,本发明提供一种电池,包括如上所述的复合正极或由上述制备方法制备的复合正极。

    21、在其中一些实施例中,所述复合正极中第二正极层与电解液接触。

    22、与传统技术相比,本发明至少具有以下有益效果:

    23、本申请通过形成孔隙率较低的第二正极层,可有效隔绝第一正极层与电解液的直接接触,可进一步提升电池的循环性能,通过在第二正极层中设置第二正极活性材料和第一卤化物固态电解质,相较于在第一正极上形成包覆层,可有效提升电池的能量密度。



    技术特征:

    1.一种复合正极,其特征在于,包括第一正极层和第二正极层,所述第一正极层包括第一正极活性材料,所述第一正极活性材料包括锰酸锂、镍锰酸锂、镍钴锰酸锂、富锂锰基正极材料中的至少一种;

    2.根据权利要求1所述复合正极,其特征在于,所述第一正极层的厚度d1大于所述第二正极层的厚度d2。

    3.根据权利要求2所述复合正极,其特征在于,d1≥2d2。

    4.根据权利要求1所述复合正极,其特征在于,所述第二正极活性材料包括磷酸铁锂、磷酸铁锰锂、磷酸钒锂中的至少一种。

    5.根据权利要求1所述复合正极,其特征在于,所述第二正极活性材料包括锰酸锂、镍锰酸锂、镍钴锰酸锂、富锂锰基正极材料中的至少一种。

    6.根据权利要求1所述复合正极,其特征在于,所述第一卤化物固态电解质在所述第二正极活性材料颗粒表面形成包覆层。

    7.根据权利要求1所述复合正极,其特征在于,所述第二正极层中,所述第二正极活性材料与所述第一卤化物固态电解质的质量比为1-9:1。

    8.权利要求1-7任意一项所述复合正极的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

    9.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,所述步骤1)中,将锰酸锂、导电剂、粘结剂和固态电解质材料混合,进行纤维化处理,压制,得到第一正极层。

    10.一种电池,其特征在于,包括权利要求1-7任意一项所述复合正极或权利要求8-9任意一项所述制备方法制备得到的复合正极;


    技术总结
    本发明提供了一种复合正极及其制备方法和应用,属于电池技术领域,本发明提供的复合正极包括第一正极层和第二正极层,第二正极层包括第二正极活性材料和第一卤化物固态电解质LiaMbmNb(1‑m)ClaF3b。通过形成孔隙率较低的第二正极层,可有效隔绝第一正极层与电解液的直接接触,可进一步提升电池的循环性能,通过在第二正极层中设置第二正极活性材料和第一卤化物固态电解质,可有效提升电池的能量密度。

    技术研发人员:许蕾,冯玉川,李峥
    受保护的技术使用者:清陶(乌海)能源科技有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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