[发明专利]一种复合正极及其在固态聚合物锂离子电池的应用

说明书

本发明涉及一种复合正极及其在固态聚合物电解质电池的应用。所述复合正极包括：高电压正极、及包覆于高电压正极的保护层；所述保护层材料选自原子层沉积材料和/或分子层沉积材料。本发明采用原子层沉积/分子层沉积技术包覆锂离子电池正极材料，形成保护层，从而防止含此类正极材料的固态锂离子电池中的聚合物基电解质分解，进而提高了固态锂离子电池在高充电电压下的循环性能。

技术领域

本发明涉及一种复合正极及其应用，属于能源材料技术领域。

背景技术

固态锂离子电池具有高度的安全性和可靠性，近年来受到越来越多的关注。固态锂离子电池的关键技术是固态电解质。现在最常见的固态电解质有几种类型，如聚合物基固态电解质，氧化物基固态电解质，硫化物基固态电解质，Li₃N和LiBH₄等，其中聚合物基固态电解质是最早开发和最受关注的固态电解质之一。

基于聚醚类的聚合物基固态电解质技术已被应用在商业电动汽车上。它使用锂负极和LiFePO₄正极材料，可以提供30千瓦时的电力，行驶里程为250公里。但是，由于LiFePO₄的比容量和能量密度低，达不到较长行驶里程的要求。

LiCoO₂,LiNiO₂,以及LiMnO₂基正极材料具有更高的理论能量密度，能够提供足够的能量以达到行驶里程的要求。然而，当将聚合物基固态电解质用于该类锂离子正极材料时，由于该类正极材料要求比较高的充电电压，该电压已经高于聚合物基固态电解质的电化学稳定窗口，导致在充放电过程中会发生电解质的分解以及电池容量急剧衰减等问题。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明采用原子层沉积/分子层沉积技术包覆锂离子电池正极材料，形成保护层，从而防止含此类正极材料的固态锂离子电池中的聚合物基电解质分解，进而提高了固态锂离子电池在高充电电压下的循环性能。

本发明的技术方案如下：

一种复合正极，包括：高电压正极、及包覆于高电压正极的保护层；所述保护层材料选自原子层沉积材料和/或分子层沉积材料；

所述原子层沉积材料具体选自氧化物、含锂化合物；所述氧化物具体可选自Al₂O₃,TiO₂,ZrO₂,Fe₂O₃,AlPO₄,FePO₄等氧化物中的一种或多种；所述含锂化合物具体可选自LiAlO₂,LiTaO₃,Li₃PO₄,Li₂SiO₃,LiNbO₃等含锂化合物中的一种或多种。

所述分子层沉积材料选自Alucon(铝基有机无机复合薄膜)、Zrucon(锆基有机无机复合薄膜)、polyurea(聚脲)等材料中的一种或多种。

所述保护层可包覆于正极活性材料颗粒的表面，或者直接包覆在高电压正极的表面；进一步地，所述保护层可以是单种原子层沉积包覆层分子层沉积包覆层，也可以是两种或者由两种以上原子层沉积/分子层沉积组合的复合材料包覆层。

所述复合正极还包括导电剂、由聚合物固态电解质或者其他聚合物组成的粘结剂等。

所述高电压正极的电压范围在2.7–4.3V之间。

所述高电压正极的材质选自LiMO₂、LiNPO₄、LiY₂O₄等锂离子正极材料中的一种或几种混合；其中，M选自Co、Ni、Mn中一种或几种组合；N选自Fe、Co、Mn中一种或几种组合；Y选自Co、Ni、Mn中的一种或几种组合。