[发明专利]正极活性材料、制备方法及包含其的高性能正极浆料和全固态锂离子电池

说明书

本发明涉及一种正极活性材料、其制备方法及包含该正极活性材料的高性能正极浆料和全固态锂离子电池，本发明的正极活性材料为富镍型核壳结构颗粒，或为表面包覆了无机化合物包覆层的富镍型核壳结构颗粒，富镍型核壳结构颗粒的内核为镍钴锰酸锂，外壳为镍钴铝酸锂，本发明还提供了一种高性能正极浆料，包括本发明的正极活性材料、复合导电剂、复合粘结剂、硫化物固体电解质作为的添加剂和有机溶剂，采用该正极浆料制备由正极集流体、正极浆料层和修饰层构成的正极片，并与硫化物固体电解质和负极片组装成的全固态锂离子电池具有质量比能量和体积比能量高、倍率性能和循环性能好、安全性高等突出优点，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，涉及一种正极活性材料、其制备方法及包含该正极活性材料的高性能正极浆料和全固态锂离子电池，尤其涉及一种正极活性材料、其制备方法、包含该正极活性材料的高性能正极浆料、由该正极浆料制成的正极片和全固态锂离子电池。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、使用寿命长(100％DOD充放电可达900次以上，当采用30％DOD的浅深度充放电时，循环次数可超过5000次)、输出功率大、自放电小(每月10％以下，不到Ni-Cd、Ni-MH的一半)、无记忆效应、可快速充放电(1C充电时容量可达标称容量的80％以上)、充电效率高(第1次循环后基本上为100％)、无需维修等突出优点。因此，锂离子电池自1991年商业化以来一直备受瞩目，在手机、笔记本电脑等便携式电子设备、电动工具、电动自行车等中小型电池领域应用广泛，已经成为21世纪能源经济中一个不可或缺的组成部分。然而，锂离子电池在汽车、储能等大型电池领域应用还存在一些急需解决问题，如，安全性、能量密度和使用寿命等，其中最关键的问题是因使用易挥发易燃易爆的有机电解液而引起的安全问题。因此，发展全固态锂离子电池，采用固体电解质代替易挥发、易燃、易爆的有机电解液是解决电池安全问题的根本途径。

除了安全性能卓著外，相比于液态电解质锂离子电池，全固态锂离子电池在提高电池能量密度、拓宽工作温度区间、延长使用寿命方面也有较大的发展空间。固体电解质呈固体形态存在，使得电池单元内通过串联来制备大电压的单体电池成为了可能；热稳定性大幅度提高，避免了漏液及腐蚀问题，可以通过简化电池外壳及冷却系统模块使电池重量减轻，进而提高电池的能量密度；电化学窗口高达5V以上，可以通过与高电压电极材料匹配来提高电池的功率密度及能量密度。由此可见，高性能固体电解质的开发是推动全固态锂离子电池规模化应用的先决条件。目前，应用前景较好的固体电解质主要有聚环氧乙烯及其衍生物体系的聚合物电解质、LiPON薄膜电解质以及玻璃态硫化物体系的无机电解质三类。其中，硫化物电解质的离子导电率(10^-3-10^-2S/cm)较高，而且电化学窗口大于5V，在锂离子电池中应用前景较好，是下一代高容量大功率动力电池用电解质的首选材料，配合新型高电压高容量电极材料使用，可以在很大程度上提高电池的能量密度和功率密度。

目前，全固态锂离子电池大多是通过单纯的将正极片、固体电解质和负极片简单叠加，虽然解决了安全性问题，但是硫化物电解质的制备条件较为苛刻，成本较高，而且与电极的相容性较差，导致界面接触电阻较大，电化学性能难以满足实际需求，使得实现产业化应用比较困难。