[发明专利]一种富锂锰基固态电池电极和二次电池

说明书

本发明提供一种富锂锰基固态电池电极和二次电池，所述富锂锰基固态电池电极包括富锂锰基活性材料和卤化物固态电解质，所述卤化物固态电解质的化学式为Li_aMX_b，其中M为Al、Ga、In、Sc、Y、La系中的一种或多种，X为F、Cl、Br中的一种或多种，0≤a≤10，1≤b≤13。本发明将富锂锰基活性材料与卤化物固态电解质制备成固态电池电极，可以降低富锂锰基活性材料与电解质接触界面之间的反应活性，从而减少富锂锰基活性材料与电解质界面之间的副反应，有助于提升富锂锰基活性材料在循环过程中的结构稳定性。

技术领域

本发明涉及二次电池技术领域，更具体地，涉及一种富锂锰基固态电池电极和二次电池。

背景技术

随着锂离子电池在电动汽车领域的大规模应用，对锂离子电池的能量密度和安全性能的要求越来越高。电极材料是锂离子电池的关键材料，提升正负极电极材料的比容量，是提高锂离子电池比能量的一个重要途径。正极活性物质材料在全电池中的质量占比通常是最高的，提升正极活性材料的比容量对电池比能量的提升更为显著。目前常用的正极活性材料LFP、LCO、LMO、Li-NCA、Li-NCM比容量通常在200mAh/g以下，富锂锰基正极活性材料的比容量可高达400mAh/g，且资源丰富，成本低廉，因此具有广泛的应用前景。

但是目前商业化的锂离子电池，大多基于液态电解质，液态电解质中含有大量的易燃有机溶剂，因此存在诸多安全隐患。而且富锂锰基材料通常的工作电压范围(vs Li⁺)在2.0～4.8V之间，在高电压下工作使其表面活性更高，与电解液之间的副反应更加剧烈，不稳定的表面结构使材料表面结构重排，高氧化态的过渡金属离子和氧离子更易发生过渡金属溶解、氧析出。富锂锰基活性材料与电解液之间的界面问题并不是孤立的，而是相互促进、协同发生，使得材料性能快速衰退。

开发基于固态电解质的全固态和半固态电池，降低电池中有机液态电解质的含量，是降低电池安全风险的一种有效途径。目前常用的固态电解质按其结构和组成可分为氧化物固态电解质、硫化物固态电解质、聚合物电解质、复合电解质和其它固态电解质。氧化物固态电解质具有较宽的电压窗口，较高的化学和电化学稳定性，但是在常温下离子电导率较低。此外，氧化物电解质通常硬度较高，因此不易加工，通常制备成固态电池的工艺复杂，且界面阻抗较大。硫化物电解质比氧化物电解质表现出更高的离子电导率，此外硫化物电解质具有良好的机械强度和机械柔韧性，加工性能较好；但是硫化物电解质与活性物质(LCO、Li-NMC等)之间易发生界面反应，电化学窗口较窄，并且对空气极其敏感，制备和应用环境要求高。聚合物电解质柔韧性好，易于生产，可大面积成膜；但是热稳定性较差，且氧化电压窗口低(4.0V vs Li⁺)。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种富锂锰基固态电池电极和二次电池。

本发明提供一种富锂锰基固态电池电极，包括富锂锰基活性材料和卤化物固态电解质，所述卤化物固态电解质的化学式为Li_aMX_b，其中M为Al、Ga、In、Sc、Y、La系中的一种或多种，X为F、Cl、Br中的一种或多种，0≤a≤10，1≤b≤13。

本发明将富锂锰基活性材料与卤化物固态电解质制备成固态电池电极，可以降低富锂锰基活性材料与电解质接触界面(相比于富锂锰基活性材料与液态电解质界面)之间的反应活性，从而减少富锂锰基活性材料与电解质界面之间的副反应，有助于提升富锂锰基活性材料在循环过程中的结构稳定性。

进一步地，所述卤化物固态电解质为Li₃InCl₆、Li₃YCl₆、Li₃YBr₆、Li₃HoCl₆、Li₃ScCl₆中的一种或多种。