[发明专利]一种正极及含有该正极的电化学装置

说明书

本发明公开一种正极及含有该正极的电化学装置，本发明的复合正极片包括集流体和位于集流体表面的第一正极层和位于第一正极层表面的第二正极层；该第一正极层包括正极活性材料和以连续相形态存在的导锂聚合物；该第二正极层包括正极活性材料和以连续相形态存在的导锂聚合物；第一正极层中的正极活性材料选自磷酸铁锂；第二正极层中的正极活性材料选自除磷酸铁锂外的其他活性材料。本发明静电纺丝制备的层状结构复合正极片中导锂聚合物分布更为均匀，有效提高了锂离子和电子的传输效率，从而显著降低正极和固态电解质界面的电阻，进而提升正极导锂能力，而LFP固态复合正极底涂可以进一步提高电池的安全性能，即使深度充放电也不发生起火和爆炸。

技术领域

本发明属于电化学装置技术领域，具体涉及一种正极及含有该正极的电化学装置。

背景技术

锂离子电池因具有体积小、质量轻、比能量高、无污染、自放电小、寿命长等优异特性，因而在笔记本、手机、数码产品等领域取得了飞速发展。如今高能量密度和大功率的锂离子电池运用于新能源汽车领域正成为一项核心技术，但同时也对锂离子电池的结构和性能提出了更高的要求，并使锂电池的关键材料面临着新的挑战。目前产业化以石墨为负极的锂离子电池已经难以满足对高比能量日益提高的需求。固态电解质因具有较高的机械强度、优异的致密度和一定地抵制锂枝晶生长的能力，且无液态有机电解液易挥发、易燃、易爆等特性，因此，若采用固态电解质代替液态有机电解液发展全固态锂离子电池则能大幅度提升锂离子电池使用过程中的安全性。然而，固态锂离子电池中的核心组分固态电解质和电极之间是通过固-固接触，因而固态电解质与电极之间的界面问题主要集中在：(1)电解质与正极间的界面接触润湿性较差，容易造成界面电阻增大，从而影响锂离子的界面传输；(2)在锂离子电池不断循环过程中，界面处元素的相互扩散会致使界面处锂离子的传输能力下降，从而使锂离子电池的性能进一步恶化，循环跳水；(3)固态电解质与液态有机电解液不同，无法浸润极片以完成锂离子的迁移，因此传统的固态电解质复合正极的导锂离子能力较差，且较大面密度的正极，近集流体一侧的底层的导锂能力会更差，从而使锂离子的嵌入脱出更加困难。目前，主要通过在正极中添加少量聚合物电解质的方法来增加界面间的稳定性和粘合性，然而由于正极中含有的活性物质、导电剂、粘结剂的影响，实际添加在正极中的用来导锂的聚合物分布并不均匀，甚至出现团聚问题，从而影响锂离子的传导。并且当进一步组装成锂离子电池后，随着电池循环的进行，正极极片中结构的崩塌会进一步加速了界面副反应的发生，从而造成电极内部导锂通道被破坏，进而使电池容量发挥受限、电池内阻增加、循环性能恶化。

因此，需要提供一种能够提升固态正极极片中锂离子的传输、安全性高的固态正极极片。

发明内容

为了改善上述技术问题，本发明提供一种含有以连续相形态存在的聚合物的复合正极，且近集流体侧为三维连续相结构的LFP复合正极，近电解质侧为三维连续相结构LCO/NCM复合正极层，可以显著降低正极和电解质界面的电阻，提升的正极极片的导锂能力，重要的是LFP底涂使得复合正极在电池的安全性上进一步提升。

本发明的又一目的在于提供一种具有高安全能够快速传导锂离子并和固态电解质有着良好界面的复合固态正极的制备方法，本发明的复合正极片中，正极浆料和和导锂聚合物经静电纺丝法均匀的涂覆在集流箔材上，相对于传统的将导锂聚合物直接加入正极中进行混合涂布的方式，静电纺丝制备得到的层状结构固态复合正极表现的更为均匀，有效提高了离子和电子的输运效率，且工艺简单、操作方便，安全性高，适合产业化应用。

本发明的再一目的在于提供一种应用上述复合正极的电化学装置(如固态锂离子电池)，内阻低、循环性能良好、安全性高。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种复合正极片，所述正极片包括集流体和位于集流体表面的第一正极层和位于第一正极层表面的第二正极层；该第一正极层包括正极活性材料和以连续相形态存在的导锂聚合物；该第二正极层包括正极活性材料和以连续相形态存在的导锂聚合物；第一正极层中的正极活性材料选自磷酸铁锂；第二正极层中的正极活性材料选自除磷酸铁锂外的其他活性材料。