[发明专利]阴极电极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种阴极电极及其制备方法和应用，包括：阴极集流体；阴极活性材料层，所述阴极活性材料层涂布在所述阴极集流体上，所述阴极活性材料层包括阴极活性物质、粘结剂、导电剂以及高温化成下能分解产生CO₂的添加剂。本发明在保证锂离子电池的常规性能(包含短期和长期性能)的前提下，还提高了阳极电极在长期循环过程中的稳定性，从而提高了锂离子电池的长期稳定性。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种阴极电极及其制备方法和应用。

背景技术

作为电动车的核心部件，动力电池的循环寿命直接影响整车使用寿命，间接影响整车开发成本，在动力电池开发初期就必须设计保证其长期循环稳定性，对于动力电池来说，其长期循环稳定性与阳极电极稳定有着至关重要的关系，在动力电池长期循环过程中，阳极电极活性锂在电极颗粒表面的不可逆消耗是动力电池循环衰减的主因，为提高优化长期循环稳定性，必须抑制循环过程中活性锂在阳极电极颗粒表面的不可逆消耗。

目前抑制循环过程中活性锂在阳极电极颗粒表面的不可逆消耗的方法包含如下两种：(1)阳极：表面官能团修饰或表面包覆，提高颗粒表面稳定性；(2)电解液方面：添加成膜添加剂。现有抑制循环过程中活性锂在阳极电极颗粒表面的不可逆消耗的技术缺点分析如下：(1)阳极方面：颗粒表面官能团修饰或表面包覆，将恶化颗粒本身比容量发挥，同时表面包覆或官能团修饰将降低压实密度，降低材料首次效率，增加了初期活性锂的消耗，进一步恶化电芯能量密度。(2)电解液方面：添加成膜添加剂，一定程度增加了表面固相电解质膜的厚度，一定程度稳定了阳极电极表面结构，但一方面成膜添加剂所增加的固相电解质膜包含大部分有机物质，其不稳定性将在后续循环中进一步分解，加速电解液的消耗，另一方面电解液成膜添加剂也会在阴极增加成膜，导致阴极阻抗增加，恶化功率性能。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种阴极电极及其制备方法和应用。在保证锂离子电池的常规性能(包含短期和长期性能)的前提下，提高了阳极电极在长期循环过程中的稳定性，从而提高了锂离子电池的长期稳定性。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种阴极电极，根据本发明的实施例，所述阴极电极包括：

阴极集流体；

阴极活性材料层，所述阴极活性材料层涂布在所述阴极集流体上，所述阴极活性材料层包括阴极活性物质、粘结剂、导电剂以及高温化成下能分解产生CO₂的添加剂。

根据本发明实施例的阴极电极，阴极活性材料层中包含的添加剂在高温化成阶段，在高温和高电势的双重作用下，将分解产生CO₂，并迁移到阳极，该CO₂优先在阳极颗粒表面与微量水分以及充放电过程形成的活性锂反应生成Li₂CO₃、Li₂O、LiOH等固相电解质膜的无机成分，从而在阳极颗粒表面形成致密稳定的无机固相电解质表面膜。而后电解液开始分解生成有机固相电解质表面膜，覆盖在上述无机固相电解质表面膜表面。通过在阴极活性材料层中加入能分解产生CO₂的添加剂，可以增加固相电解质界面膜成分所需CO₂的来源，降低电解液与活性锂的前期反应消耗，减少电解液溶剂的副反应，且前期大量的CO₂存在将促使阳极表面形成的固相电解质界面膜更加紧密稳定，对后续电芯的长期可靠性及稳定性有极大的提升。如果不在阴极活性材料层中添加上述添加剂，那么阳极表面的活性锂将和电解液中的溶剂(EC/DEC/DMC/EMC/PC等)反应，生成CO₂以及不稳定的有机锂化合物，而后CO₂与活性锂继续反应生成无机锂化合物，不稳定的有机锂化合物继续分解生成CO₂、CH₄、C₂H₄等有机气体以及不再继续分解的稳定有机化合物。