极片及其应用制造技术

本发明专利技术提供了一种极片及其应用，所述极片的活性物质层表面包括依次层叠设置的中间层和补锂层；所述中间层包括固态电解质，所述补锂层包括自分解产生锂离子的含锂化合物。本发明专利技术所述极片能有效抑制补锂过程中产生的热量，以及SEI层持续生长不断消耗活性锂离子等缺陷，因此，本发明专利技术提供的极片具备优异的补锂效果和电化学性能。果和电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
极片及其应用


[0001]本专利技术属于电池
，涉及一种极片及其应用。

技术介绍

[0002]目前，液态电池衰减的主要原因包括：SEI层持续生长、过渡金属溶解、正极材料析氧、电解液氧化和负极析锂等，通过补锂的方式抵消锂离子的造成的不可逆损耗能避免电池的衰减。
[0003]而现有的补锂方式主要是在极片中直接添加锂粉，或者在负极添加锂箔等，但是锂金属对水分及空气十分敏感，遇水会产生大量的热，会造成电极部分温度过高而失效的问题，造成补锂过程中无法形成较好的SEI，从而使电池后期的循环衰减的问题；另外，短路法补锂法则会造成极片产热过大，在电压降低过程中没有SEI生成的问题。
[0004]基于以上研究，需要提供一种极片，所述极片在补锂过程中不会产生大量热量，补锂过程缓慢且温和，并且能避免补锂过程中SEI无法较好生长的弊端，使电池具备较高的首效以及优异的循环性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种极片及其应用，首先在极片的活性物质层表面制备一层中间层之后，再设置补锂层，电池在工作状态下，极片中的补锂层中的物质会分解产生锂离子，从而实现补锂目的，中间层的设置有效抑制了补锂过程中热量的产生，避免了极片SEI层持续生长消耗锂离子的问题，不仅提升了电池的首效，还提升了电池的循环性能。
[0006]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种极片，所述极片的活性物质层表面包括依次层叠设置的中间层和补锂层；
[0008]所述中间层包括固态电解质，所述补锂层包括自分解产生锂离子的含锂化合物。
[0009]本专利技术首先在极片活性层的表面采用固态电解质设置中间层，再进行设置补锂层，所述中间层作为人工SEI层，一方面能够避免补锂层与极片直接接触导致放热的问题，另一方面中间层的设置避免极片中SEI层持续生长造成活性锂大量损耗的问题，提升了补锂效果；本专利技术补锂层采用自分解锂化物，自分解锂化物在充放电过程中能够自分解产生锂离子进行补锂，而非采用常规的锂箔或锂粉进行补锂，避免了锂金属对水分及空气敏感且遇水放热的问题，因此，本专利技术能降低补锂过程中的发热量，提升补锂的首效，提升电池的循环性能。
[0010]优选地，所述固态电解质包括LiPON(锂磷氧氮)、LATP(磷酸钛铝锂)、LLZO(锂镧锆氧)或LLTO(锂镧钛氧)中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制的组合包括LiPON和LLTO的组合，或LATP和LLZO的组合，优选为LiPON。
[0011]优选地，所述LiPON、LATP、LLZO或LLTO分别独立地掺杂有过渡金属元素。
[0012]优选地，所述过渡金属元素包括Ti、V、Cr或Mn中的任意一种或至少两种的组合，典
型但非限制的组合包括Ti和V的组合，或Cr和Mn的组合，优选为掺杂过渡金属元素的LiPON。
[0013]优选地，所述过渡金属元素的含量为5wt％至15wt％，例如可以是5wt％、10wt％或15wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0014]本专利技术所述固态电解质采用能够通过磁控溅射法在极片上生成较薄SEI膜的LiPON或掺杂型的LiPON，而其他固态电解质制备中间层人工SEI膜时需要通过电化学反应或者涂布的方法，会使制备得到人工SEI膜较厚，增大了电芯的内阻，因此，优选采用LiPON或掺杂型的LiPON才能制备出本专利技术的较薄人工SEI膜。
[0015]本专利技术在LiPON的基础上掺杂过渡金属元素，能够进一步提升补锂效果，提升SEI层的电子和离子传导速率。
[0016]优选地，所述含锂化合物包括氮化锂、硫化锂、氟化锂、氧化锂、过氧化锂或硫代硫酸锂中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制的组合包括氮化锂和硫化锂的组合，氟化锂和氧化锂的组合，或氧化锂和过氧化锂的组合，优选为氮化锂。
[0017]本专利技术采用的含锂化合物中在电池充放电过程中，由于电压的作用能分解产生锂离子和对应的气体，如氮化锂在3.8V左右的电压下会分解产生活性锂离子和氮气，产生的气体能在化成过程从电芯排除，锂离子能嵌入极片中与电解液反应为新的SEI层，从而达到更理想的补锂效果；此外，本专利技术优选的能自分解产生锂离子的含锂化合物为氮化锂，由于氮化锂自分解产生的气体为惰性气体氮气，不会与电芯内其他物质反应，从而不会由于气体的产生而影响电芯的电化学性能。
[0018]优选的，所述中间层的厚度为1μm至2μm，例如可以是1μm、1.1μm、1.2μm、1.3μm、1.4μm、1.5μm、1.6μm、1.7μm、1.8μm、1.9μm或2μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0019]本专利技术所述中间层的厚度在合理范围内，能够保证其在发挥作用的前提下使电子正常导通，若中间层的厚度过大则会影响电子的导通，而若中间层的厚度过小则起不到相应的作用。
[0020]优选的，所述补锂层的厚度为1μm至5μm，例如可以是1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm或5μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0021]本专利技术所述补锂层的厚度在合理的范围内能够使补锂层有效补锂，且不会影响电池的内阻，若补锂层的厚度过大，则会增大电池的内阻，若补锂层的厚度过小则起不到补锂效果。
[0022]优选的，所述中间层采用磁控溅射法得到。
[0023]本专利技术采用磁控溅射法制备中间层，能够精确控制层的厚度，且制备得到的中间层均匀性、致密性和纯度更高。
[0024]优选的，所述补锂层采用蒸镀法得到。
[0025]本专利技术采用蒸镀法制备补锂层，相较于传统的涂覆方法，蒸镀法能够保证补锂层的稳定性，避免常规方法在长时间匀浆过程或涂覆过程中，补锂层中的自分解材料的稳定性下降或变质的缺陷。
[0026]优选地，所述活性物质层包括正极活性物质材料或负极活性材料，优选为正极活性材料。
[0027]本专利技术所述极片采用正极片和/或负极片均具备补锂效果，但是在负极片表面设
置的中间层更易在循环过程中随着负极的膨胀而发生破裂，使得负极片仍会跟电解液反应生产SEI，而采用正极片不会发生上述中间层破裂的问题，且能够避免后期电解液被氧化的过程，使电池具备更小的内阻和更好的循环性能，同时补锂层在正极电压升高的过程中更容易被氧化，从而使补锂层的含锂化合物分解的更彻底，释放出更多的活性锂离子，补锂过程中产生的热量更低，使电池的温度更低，从而使得电池的首效更高，内阻更小，循环性能更好，因此，本专利技术优选的极片种类为正极片，即活性物质层中的活性材料为正极活性材料。
[0028]优选地，所述正极活性材料包括高镍材料，所述负极活性材料包括高硅材料。
[0029]本专利技术所述极片的制备方法如下：
[0030]在真空条件下，采用锂盐为靶材，通入氮气和氩气，通过磁控溅射在极片表面沉积镀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种极片，其特征在于，所述极片的活性物质层表面包括依次层叠设置的中间层和补锂层；所述中间层包括固态电解质，所述补锂层包括自分解产生锂离子的含锂化合物。2.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述固态电解质包括LiPON、LATP、LLZO或LLTO中的任意一种或至少两种的组合。3.根据权利要求2所述的极片，其特征在于，所述LiPON、LATP、LLZO或LLTO分别独立地掺杂有过渡金属元素。4.根据权利要求1或2所述的极片，其特征在于，所述含锂化合物包括氮化锂、硫化锂、氟化锂、氧化锂、过氧化锂或硫...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕文彬，余乐，
申请(专利权)人：远景睿泰动力技术上海有限公司，
类型：发明
国别省市：