[发明专利]一种正极片及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种正极片及其制备方法和应用。所述方法包括四个步骤：①通入第一包覆物质源，其在正极片的孔隙和表面上进行物理吸附；②通入与第一包覆物质源不反应的气体进行清洗，排除副产物和多余的第一包覆物质源；③通入第二包覆物质源，其与正极片孔隙和表面上的已吸附的第一包覆物质源发生反应，生成薄膜型的包覆层；④通入呈惰性的气体进行清洗。所述正极片可以解决现有的高吸水正极片在空气中与微量水分和二氧化碳反应影响最终电池电化学性能的不足，所述方法可以改善高吸水正极片存储性能，减少空气中水分和二氧化碳对正极片的有害影响；所述方法是利用低温原子沉积技术降低高吸湿性正极片对环境湿度高度依赖。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种正极片及其制备方法和应用。

背景技术

目前商业化的锂离子电池主要分为3C数码类和动力类两大类，其中3C数码类锂离子电池对能量密度的需求已经空前的接近于800Wh/L，高电压单晶 LiCoO₂压实密度可达4.2g/cm²而成为市场主流，但LiCoO₂存容量较低4.45V电压下约180mAh/g、在安全性和耐过充性差等方面的不足，且Co属于稀有资源，价格昂贵，同时金属钴容易对环境造成污染。而LiNiO₂在4.2V电压下就能发挥出超过200mAh/g的容量，但其热稳定性差，容易引起安全问题，且需在氧气气氛下合成，同时容易发生阳离子混排和生成非化学计量比结构的化合物，对电池的一致性、安全性等存在较大挑战。

正极活性材料镍钴锰氧化物体系综合了LiCoO₂良好的循环性能，LiNiO₂的高比容量等特点，具有较好的应用前景。但是由于镍钴锰氧化物体系极易吸附空气中的水，且并非简单的物理性吸水，而是会和吸收的水发生化学反应，从而改变了材料的原始表面性能。例如吸水过程中会发生如下一系列的化学反应：

4LiMO₂+H₂O→4MO+4LiOH+O₂(M＝Ni_xCo_yMn_1-x-y，x＞0，y＞0，x+y＜1)

2LiOH+CO₂→Li₂CO₃+H₂O

LiOH+H₂O→LiOH·H₂O

反应后会在正极活性材料表面产生痕量的结晶水、自由水、碳酸盐，这会导致正极活性材料的电化学性能发生巨大的非可逆变化。

首先，这部分水分子、空气中的二氧化碳、正极活性材料共同作用形成比较厚的非导电的碳酸盐、以及非导电的过渡金属氧化物复合膜层。该碳酸盐会进一步增加正极活性材料的pH值，容易在正极制浆过程中出现凝胶现象，影响后续涂覆工艺的顺利进行，进而影响电池的性能。该非导电的过渡金属氧化物复合膜层会导致部分被包覆的正极活性材料失活而无法参与充放电过程，导致正极活性材料的比容量降低。同时一部分碳酸盐在充放电过程中会分解而产生气体，引起电池鼓包胀气。此外，正极活性材料中携带的痕量水会在注入电解液后与电解液中的锂盐如LiPF₆发生反应，导致电解液遭到破坏，反应形成HF，对正极活性材料进行腐蚀，这就导致材料的循环性能迅速衰减。