一种高稳定型固态电池正极及其制备方法与流程

1.本发明涉及全固态锂电池技术领域，具体涉及一种高稳定型固态电池正极及其制备方法。


背景技术：

2.化石燃料的快速消耗导致了能源危机和日益严重的环境污染，开发清洁和可再生的能源可以减少对于化石能源的依赖。在各种能量存储和转换设备中，锂离子电池因具有环境友好，无记忆效应，循环性能稳定等特点，成为主要储能设备。但近期搭载液态锂离子电池的电动汽车事故频发，引起了人们对于电池安全性的关注。相比之下，固态电池具有更高的能量密度和更高的安全性，有望应用于电动汽车和大型储能系统中。
3.2011年，法国博洛雷公司推出了搭载聚合物基固态电池的电动汽车。然而，其采用磷酸铁锂正极，聚氧化乙烯(peo)基固态电解质，锂金属负极的电池组能量密度仅为100wh/kg，在能量方面并无任何优势。
4.在peo基固态电解质体系中，想要提升电池组的能量密度，必须选择高压正极材料，比如高镍三元材料，但peo与高压正极材料搭配时，充电态的正极活性材料颗粒具有氧化能力，会使peo电解质分解。并且由于高压正极材料电子导电性较差，正极极片中必须加入较多比例的导电剂，但导电剂与peo直接接触时，也会进一步催化分解peo，以上两点影响了peo基聚合物固态电池的进一步发展。


技术实现要素：

5.本发明的第一个目的是为了避免高压正极材料和导电剂直接与peo基固态电解质接触时催化peo分解，提供一种高稳定型固态电池正极；
6.本发明的第二个目的是提供一种高稳定型固态电池正极的制备方法。
7.为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
8.一种高稳定型固态电池正极，包括正极活性物质、导电剂和粘结剂，所述正极活性物质和导电剂均被五氧化二钽包覆。
9.进一步的，所述正极活性物质占正极总质量的比例为50
‑
95％，导电剂占正极总质量的比例为2
‑
25％，粘结剂占正极总质量的比例为2
‑
25％，所述五氧化二钽占正极总质量的1％
‑
3％。
10.进一步的，所述正极活性物质包括lini
0.8
co
0.1
mn
0.1
o2、lini
0.6
co
0.2
mn
0.2
o2、lini
0.5
co
0.2
mn
0.3
o2、钴酸锂，锰酸锂中的一种，所述导电剂包括乙炔黑、super p中的一种，所述粘结剂为聚偏氟乙烯。
11.所述的高稳定型固态电池正极的制备方法，包括以下步骤：
12.步骤一、将正极活性物质和导电剂在研钵中充分研磨、混合，得到混合物a；
13.步骤二、将步骤一得到的混合物a与五氧化二钽分散在有机溶剂ⅰ中，加热搅拌，直至有机溶剂完全挥发，五氧化二钽均匀分散在混合物的表面得到混合物b；
14.步骤三、将混合物b在惰性气体氛围下进行管式炉煅烧，得到有五氧化二钽包覆层的正极活性物质和导电剂的混合物c。
15.步骤四、将混合物c、粘结剂加入到有机溶剂ⅱ中，经搅拌、涂布、干燥、冲切、辊压，得到高稳定型固态电池正极。
16.进一步的，所述有机溶剂ⅰ包括甲醇、乙醇、戊烷、四氯化碳中的一种或多种。
17.进一步的，所述有机溶剂ⅱ包括n
‑
甲基吡咯烷酮。
18.进一步的，步骤二中，加热搅拌的温度为60
‑
80℃，时间为1
‑
6h。
19.进一步的，步骤三中，管式炉煅烧的温度为200
‑
1200℃，时间为4
‑
10h。
20.本发明相对于现有技术的有益效果：
21.1)本发明中，五氧化二钽具有较高的离子电导率和较低的电子电导率，作为包覆层会促进li

的传输，通过在导电剂和正极活性物质表面包覆一层五氧化二钽，阻断了正极活性物质、导电剂和peo基固态电解质的直接接触，从而缓解了peo在高电压下被正极活性物质的氧化分解，也缓解了导电剂对peo电解质的催化分解，形成了高稳定型的正极极片，提高了固态电池的综合性能。
22.2)本发明操作简单，成本低廉，对设备要求较低，适合进行大规模生产。
23.3)本发明为peo基全固态电池的制备提供了一种新的思路，有利于peo基全固态电池的商业化。
附图说明
24.图1为实施例1制备得到的高稳定型固态电池正极应用于固态电池中，60℃，0.2c下首次充放电曲线。
25.图2为实施例1制备得到的高稳定型固态电池正极应用于固态电池中，60℃，0.2c下的循环性能图。
具体实施方式
26.下面通过附图1
‑
2结合具体实施方式和实施例对本发明作进一步的说明。
27.具体实施方式一：
28.一种高稳定型固态电池正极，包括正极活性物质、导电剂和粘结剂，所述正极活性物质和导电剂均被五氧化二钽包覆。
29.进一步的，所述正极活性物质占正极总质量的比例为50
‑
95％，导电剂占正极总质量的比例为2
‑
25％，粘结剂占正极总质量的比例为2
‑
25％，所述五氧化二钽占正极总质量的1％
‑
3％。
30.进一步的，所述正极活性物质包括lini
0.8
co
0.1
mn
0.1
o2、lini
0.6
co
0.2
mn
0.2
o2、lini
0.5
co
0.2
mn
0.3
o2、钴酸锂，锰酸锂中的一种，所述导电剂包括乙炔黑、super p中的一种，所述粘结剂为聚偏氟乙烯。
31.具体实施方式二：
32.一种具体实施方式一所述的高稳定型固态电池正极的制备方法，包括以下步骤：
33.步骤一、将正极活性物质和导电剂在研钵中充分研磨、混合，得到混合物a；
34.步骤二、将步骤一得到的混合物a与五氧化二钽分散在有机溶剂ⅰ中，在搅拌器内
加热搅拌，直至有机溶剂完全挥发，五氧化二钽均匀分散在混合物的表面得到混合物b；
35.步骤三、将混合物b在惰性气体氛围下进行管式炉煅烧，得到有五氧化二钽包覆层的正极活性物质和导电剂的混合物c。
36.步骤四、将混合物c、粘结剂加入到有机溶剂ⅱ中，经搅拌、涂布、干燥、冲切、辊压，得到高稳定型固态电池正极。
37.进一步的，所述有机溶剂ⅰ包括甲醇、乙醇、戊烷、四氯化碳中的一种或多种。
38.进一步的，所述有机溶剂ⅱ包括n
‑
甲基吡咯烷酮。
39.进一步的，步骤二中，搅拌器加热搅拌的温度为60
‑
80℃，时间为1
‑
6h。
40.进一步的，步骤三中，管式炉煅烧的温度为200
‑
1200℃，时间为4
‑
10h。
41.实施例1
42.步骤一、按lini
0.8
co
0.1
mn
0.1
o2：super p：pvdf：ta2o5＝80:10:9:1的比例称取各物质，将lini
0.8
co
0.1
mn
0.1
o2和super p在研钵中充分研磨、混合，得到混合物a。
43.步骤二、将混合物a与五氧化二钽分散在有机溶剂甲醇中，在搅拌器上80℃搅拌6h，直至有机溶剂甲醇完全挥发，五氧化二钽均匀分散在混合物a的表面，得到混合物b。
44.步骤三、将步骤二得到的混合物b，在惰性气体氛围下进行管式炉煅烧，温度为200℃，时间为6h，得到有五氧化二钽包覆层的正极活性物质和导电剂的混合物c。
45.步骤四、将步骤三得到的混合物c、pvdf加入到nmp中，经搅拌、涂布、干燥、冲切、辊压，得到高稳定型固态电池正极极片。
46.实施例2
47.步骤一、按lini
0.6
co
0.2
mn
0.2
o2：super p：pvdf：ta2o5＝80:10:9:1的比例称取各物质，将lini
0.6
co
0.2
mn
0.2
o2和super p在研钵中充分研磨、混合，得到混合物a。
48.步骤二、将混合物a与五氧化二钽分散在有机溶剂乙醇中，在搅拌器上60℃搅拌6h，直至有机溶剂完全挥发，五氧化二钽均匀分散在混合物a的表面，得到混合物b。
49.步骤三、将步骤二得到的混合物b，在惰性气体氛围下进行管式炉煅烧，温度为300℃，时间为12h，得到有五氧化二钽包覆层的活性物质和导电剂的混合物c。
50.步骤四、将步骤三得到的混合物c、pvdf加入到nmp中，经搅拌、涂布、干燥、冲切、辊压，得到高稳定型固态电池正极极片。
51.电化学测试过程：
52.如图1所示，实施例1制备得到的高稳定型固态电池正极应用于固态电池中，从首次充放电曲线中可以看出，首次充电比容量为191.6495mah g
‑1，放电比容量为186.7134mah g
‑1，且库伦效率为97.424％。
53.如图2所示，实施例1制备得到的高稳定型固态电池正极应用于固态电池中的循环性能图，在0.2c的放电制度下，经50圈循环后放电比容量为165.8145mah g
‑1，可知电池具有优异的循环稳定性。
54.以上实施例仅为最佳举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。除了上述实施例外，本发明还有其他实施方式。但凡采用等换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。