[发明专利]正极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种正极及其制备方法和应用，所述正极包括：正极集流体、第一正极活性物质层、多孔金属层和第二正极活性物质层，其中，所述第一正极活性物质层形成在所述正极集流体表面上；所述多孔金属层形成在所述第一正极活性物质层表面上；所述第二正极活性物质层形成在所述多孔金属层表面上。采用该正极可以在有效控制正极单位面积容量不高于负极单位面积容量情况下正极中锂部分以锂金属合金形式存储，从而在维持现有成熟化学体系、成熟基材和隔膜应用及工艺水平下，有效提高电芯能量密度(由现有的180～230wh/kg上提高到230～280wh/kg)，并保证电性能、可靠性及安全性能满足目前动力电芯要求。

技术领域

本发明属于电池领域，具体涉及一种正极及其制备方法和应用。

背景技术

随着电动车的发展，对动力电池能量密度(目前正常水平180～230wh/kg)的要求越来越高。作为电动车的核心部件，动力电池的能量密度影响整车设计，包含整车性能及成本控制，高能量密度动力电池可以有效控制整车重量及其他零部件设计，另外动力电池在电动车中成本占比将近50％，提高动力电池能量密度将可以降低机械件等非能量单元的成本，从而有效控制整车成本。

目前提高动力电池能量密度的方法包括如下三种：

(1)负极方面：高Ni体系，通过提高负极材料中Ni含量来提高负极单位重量的容量发挥，目前电芯级别技术状态和水平为240～280wh/kg；高压体系，通过提高负极材料充电过程的上限电压来提高负极单位重量的容量发挥，目前电芯级别技术状态和水平为 230～260wh/kg；

(2)正极方面：合金掺杂，通过添加Si/SiO₂合金来提高正极单位重量的容量发挥，目前电芯级别技术状态和水平为250～350wh/kg；

(3)工艺方面：通过提高正负极涂布重量，降低基材(铝箔铜箔)和隔膜厚度来提高单位重量的有效容量发挥，目前电芯级别技术状态和水平为230～270wh/kg。

然而上述提高动力电池能量密度的技术存在以下缺陷：

(1)负极方面：高Ni体系，Ni含量的提高降低了负极析氧的电位，从而带来电芯高产气风险，其将恶化电芯长期可靠性，如循环寿命、存储寿命以及电芯膨胀控制，同时较高的Ni含量降低了负极材料发生热失控的温度阈值，其将恶化电芯相关应用下的安全，如高温、过充、挤压等；高压体系，负极上限使用电压的增加提高了充电末端负极的氧化性，其对电解液及隔膜的氧化将加速，从而恶化产气，对于长期可靠性带来不利影响；

(2)正极方面：合金掺杂，添加的Si/SiO₂在充放电过程有非常大的收缩膨胀，随着循环的进行，正极在较高的收缩膨胀比下将出现脱膜掉粉现象，同时影响正极表面SEI膜的稳定和完整，极大恶化了电芯的长期使用寿命和容量保持；

(3)工艺方面：正负极涂布重量的提高将恶化电芯的功率、充电窗口和长期循环寿命，同时对于工艺和设备也带来极大的挑战；基材(铝箔铜箔)的降低主要影响工艺制造，薄基材在电芯制造过程容易断裂，严重影响电芯制程优率，从而提高的成本；隔膜作为隔断正负极直接接触短路的部件，其厚度对于电芯内短路安全的控制至关重要，降低厚度将带来电芯内短路的安全风险。

因此，现有提高动力电池能量密度的技术有待探究。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种正极及其制备方法和应用，采用该正极可以在有效控制正极单位面积容量不高于负极单位面积容量情况下正极中锂部分以锂金属合金形式存储，从而在维持现有成熟化学体系、成熟基材和隔膜应用及工艺水平下，有效提高电芯能量密度(由现有的180～230wh/kg上提高到230～280wh/kg)，并保证电性能、可靠性及安全性能满足目前动力电芯要求。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种正极。根据本发明的实施例，所述正极包括：