[发明专利]一种改性三元体系锂电池正极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种改性三元体系锂电池正极及其制备方法，要解决的是现有三元正极材料中存在的问题。本发明包括正极基体，以及沉积在正极基体外表面并且允许锂离子通过的石榴石型固态电解质薄膜，正极基体包括集流体以及涂覆在集流体上的活性物质、导电剂和粘合剂，活性物质、导电剂和粘合剂的质量之比为(60‑98):(1‑20):(1‑20)。本发明通过磁控溅射在正极基体表面沉积一层石榴石型固态电解质薄膜，通过在正极基体表面溅射一层表面平整、致密、厚度可控的石榴石型固态电解质，可以有效避免电解液直接和三元正极材料直接接触产生的过渡金属元素溶解，使用效果好；本发明的制备方法可重复度高，工艺简单，可大规模生产。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体是一种改性三元体系锂电池正极。

背景技术

锂离子电池以其循环稳定和环境友好的特点广泛的应用于储能领域，随着消费市场的需求不断增长，传统的正极材料已经无法满足人们的使用需求，特别是新能源汽车对能量密度的巨大要求。三元材料正极以其容量高优点备受关注，以镍钴锰和镍钴铝三元正极材料为主。但是电解液直接和三元正极接触会导致过渡金属元素溶解，进一步在负极表面析出，这会严重影响电池的性能。

通过对三元正极材料进表面包覆能改善电池的循环性能，对三元正极材料表面包覆一层氧化物作界面保护层，减少电解液对三元正极材料的腐蚀，有Al₂O₃、ZrO₂等，但是此类氧化物属于绝缘体，虽然部分避免了电解液与正极材料的直接接触，但是也降低了材料表面的电子及离子电导率从而导致容量和倍率性能低于未包覆材料。因此固态电解质以其高离子电导和电化学窗口宽成为了有力的候选者之一，人们也在进行相关方面的研究。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种改性三元体系锂电池正极，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种改性三元体系锂电池正极，包括正极基体，以及沉积在正极基体外表面并且允许锂离子通过的石榴石型固态电解质薄膜，正极基体包括集流体以及涂覆在集流体上的活性物质、导电剂和粘合剂，活性物质、导电剂和粘合剂的质量之比为(60-98):(1-20):(1-20)。

作为本发明实施例进一步的方案：石榴石型固态电解质薄膜采用磁控溅射沉积在正极基体外表面，靶材是石榴石型粉末在10-100 MPa下保压1-100min成型后，在1150-1250℃下煅烧1-48h制备形成。

作为本发明实施例进一步的方案：石榴石型固态电解质薄膜的厚度为10-1000nm。

作为本发明实施例进一步的方案：磁控溅射的工作条件为4-6*10^-3 Torr的压力、恒定的Ar流速30-50 sccm以及40-80W的功率。

作为本发明实施例进一步的方案：导电剂包括导电碳黑、乙炔黑、石墨粉中的一种或几种，粘结剂为聚乙烯醇、 聚乙烯腈、 聚四氟乙烯乳液、羧甲基纤维素钠、聚烯烃类、SBR橡胶（丁苯橡胶）、 氟化橡胶、PVDF（聚偏氟乙烯）、NMP（N-甲基吡咯烷酮）、聚胺酯中的一种或几种。

作为本发明实施例进一步的方案：活性物质为具有α-NaFeO₂结构，R3m空间群的镍基三元层状化合物，结构式为Li_xNi_1-y-zCo_yM_zO₂， x、y、z表示摩尔比， 1≤x≤1.2， 0≤y≤1/3；0≤z≤1/3，M为Mn、Al中的一种或两种元素。