[发明专利]一种正极及其制备方法以及一种锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，更具体地说，涉及一种正极及其制备方法以及一种锂离子电池。

背景技术

近年来，锂电池作为高比能量电源，其应用范围不断拓展，已被广泛地应用于便携式电子装置、电动工具、电动汽车、储能电站等领域。随着锂离子电池应用的日益广泛，对锂离子电池的综合性能也提出了更高的要求。特别是电动汽车市场展现出蓬勃发展的势头，需要充放电电流较大、功率较高的锂离子动力电池，许多小型电器也要求能够高倍率放电，小电流放电锂离子电池已不能完全满足市场的需求。由于锂离子动力电池在使用过程中，始终处于大电流的充放电状态，容量存在明显的衰减，极大的影响了电池的寿命，因此动力电池的容量衰减是电池设计和制造过程中必需考虑的问题之一。

众所周知，锂离子电池包括正极、负极以及电解液；通过锂离子在正极和负极的氧化还原反应来储存和释放电能，在此过程中涉及离子和电子的转移；具体来说，在电池内部，电子和离子的转移是相互制约的，电子的转移和传导发生在电极活性材料层和集流体之间，而离子的传导和转移则是发生在电解液和电极活性材料层间，锂离子通过隔膜在正负极之间穿梭以及随之发生的电子转移即构成了锂电池的充放电过程。

锂离子电池在大电流充放电下会发生严重的极化问题。极化的原因主要是电池内部离子或电子的迁移速度无法满足负载需求，极化导致正负极电位严重偏离平衡电位，带来的一系列问题包括：正极电位向高电位偏移引起正极与电解液之间的严重副反应，负极电位向低电位偏移引起负极出现锂枝晶，这些问题都是导致锂离子电池高倍率充放电下，循环性能差的重要原因。

目前，解决高倍率充放电下电池容量衰减的问题的方法包括：采用增加导电剂用量、降低电极厚度、在集流体与电极活性材料之间涂覆导电膜等方法。然而，上述方法都只是提高了电池中电子的迁移速度，对锂离子的迁移速度贡献不大。而采用提高电极的孔隙率、降低活性材料的粒径等方法可以增加电解液和活性材料的接触面积，一定程度上提高了锂离子的迁移速度。但是，由于电极材料多为表面膜控制体系，表面膜性能的好坏直接决定了材料性能，单纯增加接触面积而材料表面的脱嵌锂活性并未提高，因而上述方法对锂离子迁移速度的提高也是有限的。

另外，由于锂离子是通过隔膜在正负极之间穿梭，大电流充放电时正负极表面最易发生锂的富集或过度脱出，正负极表面是极化和副反应最严重的位置。 

发明内容

本发明为了解决锂离子电池在大电流充放电下，电池内部的电子和锂离子迁移速度无法满足需要，循环性能差的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种正极，所述正极包括集流体和涂覆在所述集流体上的活性材料层，所述活性材料层的表面还形成有固态电解质层。

本发明的锂离子电池的正极，采用固态电解质进行表面修饰，可以有效降低正极活性材料和电解液之间的界面反应阻抗，有效的提高锂离子在正极中的迁移速度。另一方面，活性材料层表面的固态电解质减少了电极表面活性材料与电解液的直接接触点，减少了副反应所需的电子转移，有效的降低活性材料和电解液之间的副反应。

在本发明的正极中，优选地，所述固态电解质的锂离子电导率为10^-2-10-⁷ S/cm，电子电导率为10^-10-10^-14 S/cm。