[发明专利]一种锂离子电池正极极片、其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明公开了一种正极极片、其制备方法和电池。所述正极极片，用于将锂金属作为负极的电池中，所述正极极片包括储存于正极极片孔隙中的缓释型添加剂，所述缓释型添加剂在电池循环过程中，逐渐溶解于电解液中，并参与负极电极表面的SEI成膜；其中，所述缓释型添加剂在电解液中的溶解度小于0.02mol/L。本发明利用缓释型添加剂自身在电解液中的较低溶解度，通过将多余的缓释型添加剂储存在正极极片中，并在电池循环中不断从正极缓释至电解液中补充该添加剂的消耗，通过该添加剂的分解保护负极，从而延长全电池的循环寿命。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，更具体地，涉及一种正极极片、其制备方法和电池。

背景技术

电池技术在当今社会生活中被广泛使用，其中锂离子电池技术因其具有较高的能量密度以及较长的循环寿命而收到广泛关注。但基于嵌脱机制的锂离子电池的能量密度不能满足快速增长的市场需求，因此，必须研究开发新型的能量密度更高的正负极材料。在所有的固态电极材料中，锂金属负极具有最高的理论储锂容量和最低的氧化还原电位，因而被认为是最有希望的下一代电极材料。但锂金属具有极高的还原活性可以与几乎所有的电解液反应，这些副反应会不断消耗电解液和金属锂，同时降低负极的效率。为了抑制副反应，人们提出了很多方法，其中，电解液添加剂被认为是最有希望实用化的方法之一。

通过电解液添加剂可以调控金属锂负极与电解液界面处的副反应和界面处的固态电解质膜(SEI)的成分和结构，从而改善电池性能。硝酸锂可以在低电位下还原，其还原产物参与形成的SEI膜可以有效提高金属锂负极的库伦效率和循环稳定性。目前硝酸锂作为一种添加剂已被应用于锂硫电池中(Electrochimica Acta,2012,70:344-348)。但是不同于锂硫电池广泛采用的醚类电解液对于硝酸锂具有高的溶解能力，在适用于锂离子电池的碳酸酯电解液中，硝酸锂的溶解度较低，无法直接使用。目前，华中科技大学孙永明将硝酸锂与金属锂混合(Advanced Functional Materials,2021,31(19):2010602)，使用机械糅合的方法，将硝酸锂(LiNO3)糅合进金属锂之中，作为负极，LiNO₃会在与金属锂接触后自发分解并与锂金属反应产生LiNxOy和Li₃N等，有助于在负极生成SEI膜。但是该方法在初次加工时就会产生大量的非活性LiNxOy和Li₃N成分，降低了锂的利用率；而且该方法直接对金属锂进行机械加工，加工过程对环境要求很高(需干燥间处理，严格控制空气中的水含量)；同时其添加了大量的(25％wt)LiNO₃才获得了稳定的循环性能，这降低了负极材料的能量密度。因此亟需开发新的方法，改善电池性能的同时，简化制备方法，提升制备的可靠性、一致性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种正极极片、其制备方法和电池，其目的在于利用缓释型添加剂自身在电解液中的较低溶解度，通过将多余的缓释型添加剂储存在正极极片中，并在电池循环中不断从正极缓释至电解液中补充该添加剂的消耗，通过该添加剂的分解保护负极，从而延长全电池的循环寿命，由此解决目前硝酸锂的溶解度较低，无法直接使用，添加至负极存在负面影响的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种正极极片，用于将锂金属作为负极的电池中，所述正极极片包括储存于正极极片孔隙中的缓释型添加剂，所述缓释型添加剂在电池循环过程中，逐渐溶解于电解液中，并参与负极电极表面的SEI成膜；其中，所述缓释型添加剂在电解液中的溶解度小于0.02mol/L。

由于电极浆料在制备时，越大的硝酸锂粒径所需要的溶解时间越久，浆料的搅拌也就越久。并且LiNO₃容易吸潮结块，越细的粉也可以表明LiNO₃的含水量越少，引入电极浆料中的水分也越少。因此，本发明中优选地，所述缓释型添加剂为硝酸锂，所述缓释型添加剂的粒径小于10μm。