[发明专利]一种高电压锂离子正电极极片、电池及其制作方法

说明书

本发明提供了一种高电压锂离子正电极极片、电池及其制作方法，该正电极极片包括复合集流体和涂布于集流体表面的正电极浆料，所述的复合集流体包括表面有凹孔的铝基材、分别涂覆于铝基材两面的第一缓蚀导电层和第二导电层，第一缓蚀导电层由缓蚀剂和导电聚合物共混组成，第二导电层包括搭载客体分子的聚合物粘结剂Ⅰ、聚合物粘结剂和导电碳共混组成。此外，本发明还提供了一种高电压锂离子电池的制备方法。通过本发明提供正电极极片及电池制备方法，提高了集流体表面和活性材料的粘附性，改善了高电压条件下集流体与正活性材料之间的接触粘附性，从而改善高电压锂离子电池的电化学性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，特别涉及一种高电压锂离子正电极、电池及其制作方法。

背景技术

锂离子电池发展的主要方向在于高能量密度、高功率和高安全性。而提升电池能量密度的其中一种方式是提高电池的工作电压。当前，工作电位接近5V的新型锂离子电池材料受到研究者的广泛关注，如尖晶石型锰基材料、橄榄石型磷酸盐类材料，这些材料具有相对稳定的晶体结构，以及大于4.5V的工作电位，有利于循环过程中保持结构和性能稳定。然而，高电压锂离子电池在应用过程中上面临着诸多问题。例如高电压下电解液分解、高温下副反应严重等问题，这些问题主要从电解液角度去改善。通过提高电解液的氧化电位，或是优化电池的化成方法，构建稳定均匀的电极/电解液界面层，改善高电压锂离子电池的电化学问题。CN202010043273.X公开了一种高电压锂离子电池电解液添加剂、电解液、电池及其化成方法，通过在高温和高电压下的化成，使吡啶类化合物添加剂得到较为充分的分解，在正负极的表面形成含LixNOy的稳定界面膜，提高电池的效率和循环性能。然而，在高温下通过充放电化成容易导致界面膜组成的溶解和重新沉积，以及溶剂分子的共嵌入加剧，使新的膜具有多孔的结构，对高电压电池性能的改善有限。除了上述问题外，在锂离子电池中，隔膜以及非活性物质，如集流体、导电剂、粘结剂等，在构建良好导电网络以及保证锂离子正常扩散等方面发挥着重要作用。这些电池组件在高电压下的稳定性同样受到极大挑战，不容忽视。CN201810697572.8提出了在高电压单晶正极材料的选择基础上采用SWCNT/MWCNT复合导电剂，相比于纯MWCNT导电剂，能有效提高电芯在高电压下的循环性能和倍率性能，但该专利内容主要改善的是工作电压4.5V以下的高电压电池体系的性能。

在锂离子电池中，集流体主要为电化学反应提供电子通道，从而加快电荷转移，减少电化学极化，提高电池在充放电过程中的库伦效率，并且不参加Li⁺的脱嵌反应。对于锂离子电池的正极，通常采用金属铝作为集流体。尽管金属铝的标准电极电位低于锂离子电池的工作电位，只有1.39V(vs.Li/Li⁺)，但是由于在铝集流体的表面会形成一层致密的钝化膜，主要为铝的氧化物，避免了集流体在一定的充放电电压区间内发生氧化。对于LiPF₆电解液体系，人们普遍认为，电解液的分解产物与Al³⁺结合，从而形成稳定的AlF₃以及有机铝盐覆盖在集流体表面。这对抑制铝集流体的腐蚀有积极作用。当前，铝集流体应用的锂离子电池体系中，电池的充电上限电压主要集中在4.2V左右。对于氧化电位4.5V的高电压锂离子电池体系，高的工作电压对铝集流体的稳定性提出了严峻挑战。一旦集流体发生腐蚀，活性物质与集流体的接触性降低，导致活性物质和集流体剥离，而腐蚀产生的产物将增加电池的阻抗，形成的可溶性产物将溶解在电解液中，增加电池的自放电率。在严重情况下，可溶性的产物迁移到负极并发生还原沉积。这些情况均会造成电池容量衰减。CN201410637410.7专利公开了一种耐腐蚀导电性高的复合集流体及其制造方法。该复合集流体包括基材，涂覆在基材表面的导电粘结性过渡层和导电防腐层。尽管该方法提高了集流体的耐腐蚀性和导电性，但其中采用转移涂布、刮涂或者挤压涂布方式将导电防腐浆料涂布到已涂布导电粘结性过渡层的基材上，涂布厚度达到0.1～1mm，较厚的涂层厚度将增大集流体的重量，从而不利于提高电池的能量密度。