權(quán)利要求

1.鋰離子電池的正極極片，包括設(shè)置在集流體表面的電極活性物質(zhì)層和設(shè)置在所述電極活性物質(zhì)層表面的保護(hù)層，所述保護(hù)層由金屬氧化物層和導(dǎo)電層在水平方向交替層疊構(gòu)成，所述金屬氧化物層與導(dǎo)電層的面積比為9:1-1:9，厚度比為0.5:1-1:1。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池的正極極片，其中所述金屬氧化物層的面積為極片面積的80%-20%，厚度為3-250 nm，優(yōu)選地為3-50 nm。 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池的正極極片，其中所述導(dǎo)電層的面積為極片面積的20%-80%，厚度為3-1000 nm，優(yōu)選地為3-100 nm。 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池的正極極片，其中所述金屬氧化物與導(dǎo)電層的厚度比優(yōu)選為0.8:1。 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池的正極極片，其中所述金屬氧化物為選自氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯、鈦酸鋇中的一種或多種，優(yōu)選為氧化鋁或鈦酸鋇中的至少一種。 6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池的正極極片，其中所述導(dǎo)電層為碳材料層。 7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋰離子電池的正極極片，其中所述碳材料包括有機物裂解碳。 8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池的正極極片，其中所述極片的電導(dǎo)率為1.1×10 - 3S/cm-9.1×10 -3S/cm。 9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池的正極極片，其中所述金屬氧化物層和導(dǎo)電層通過磁控濺射和/或電子束蒸發(fā)鍍膜設(shè)置在所述電極活性物質(zhì)層表面。 10.鋰離子電池，其包含根據(jù)權(quán)利要求1~9中任一項所述的鋰離子電池的正極極片。

說明書

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，具體而言，涉及一種改性的鋰離子電池的正極極片，包括設(shè)置在集流體表面的電極活性物質(zhì)層和設(shè)置在所述電極活性物質(zhì)層表面的保護(hù)層，所述保護(hù)層由金屬氧化物層和導(dǎo)電層在水平方向交替層疊構(gòu)成。

背景技術(shù)

目前，在鋰離子電池中，常用的正極材料包括鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰以及三元鎳系鎳鈷錳酸鋰(NCM)和鎳鈷鋁酸鋰(NCA)等，但這些材料存在高溫穩(wěn)定性及倍率性能較差的問題，而負(fù)極材料通常采用石墨，但其表面活性高，高溫穩(wěn)定性差，其中球形天然石墨還存在各向異性高，鋰離子脫嵌端面少，倍率性能差的問題。因而，如何提高鋰離子電池的正極極片高溫穩(wěn)定性及倍率性能成為電池極片設(shè)計所需考慮的重要問題。

為此，例如，CN113036091A公開了通過磁控濺射在三元正極片表面設(shè)置一層碳包覆層，以提高材料表面的電子導(dǎo)電能力，減小充放電過程中的極化現(xiàn)象，從而改善三元正極材料的循環(huán)性能及熱穩(wěn)定性，提高材料倍率性能；CN100580990C公開了在正極片表面磁控濺射形成一層氧化鋁以提高正極材料的安全性；CN108615861 B公開了在正極片表面設(shè)置高溫穩(wěn)定材料和電化學(xué)活性材料的混合包覆層，來提高電池的倍率性能及熱穩(wěn)定性。

然而，諸如以上專利文獻(xiàn)披露的方法均不能有效平衡極片高溫穩(wěn)定性與倍率性能，仍需一種方法對鋰離子電池的正極極片進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)，同時實現(xiàn)對高溫穩(wěn)定性能和倍率性能的調(diào)控與改善。

發(fā)明內(nèi)容

針對以上問題，本申請?zhí)岢鐾ㄟ^磁控濺射或電子束蒸發(fā)等方法在鋰離子電池的正極極片表面包覆交替排列的穩(wěn)定金屬氧化物層和碳材料導(dǎo)電層。由于當(dāng)金屬氧化物層面積較大時極片的直流內(nèi)阻(DCR)較大，在循環(huán)過程中產(chǎn)生過多熱量，會破壞極片結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，而當(dāng)碳材料導(dǎo)電層面積較大時，活性碳材料易與電解液發(fā)生反應(yīng)，會消耗大量活性鋰離子使電池容量降低，且活性碳材料自身高溫穩(wěn)定性差，在高溫下結(jié)構(gòu)易破壞，為此，本申請?zhí)岢鐾ㄟ^精準(zhǔn)調(diào)控金屬氧化物材料和碳材料包覆于極片時的形狀和配比，使得金屬氧化物能夠阻擋極片對活性鋰的消耗，而碳材料能夠降低DCR，使循環(huán)產(chǎn)生的熱量降低，保護(hù)極片的循環(huán)穩(wěn)定性，從而實現(xiàn)對極片高溫穩(wěn)定性能和倍率性能的調(diào)控與平衡。

具體而言，一方面，本發(fā)明提供一種改性的鋰離子電池的正極極片，包括設(shè)置在集流體表面的電極活性物質(zhì)層和設(shè)置在所述電極活性物質(zhì)層表面的保護(hù)層，所述保護(hù)層由金屬氧化物層和導(dǎo)電層在水平方向交替層疊構(gòu)成，所述金屬氧化物層與導(dǎo)電層的面積比為1:9-9:1，厚度比為0.5:1-1:1。

另一方面，本發(fā)明提供一種包含上述鋰離子電池的正極極片的鋰離子電池。

本發(fā)明利用高溫穩(wěn)定性材料和碳材料對鋰離子電池的正極極片進(jìn)行包覆處理，通過在包覆過程中例如借助磁控濺射模具調(diào)節(jié)高溫穩(wěn)定性材料和碳材料在極片上的形狀和配比，來精準(zhǔn)控制兩種包覆材料的量，從而實現(xiàn)對極片高溫穩(wěn)定性、倍率性能的精準(zhǔn)調(diào)控，使之具有較好的綜合性能。

附圖說明

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的改性鋰離子電池的正極極片保護(hù)層的示意圖。

附圖標(biāo)記：1. 代表導(dǎo)電層；2. 代表金屬氧化物層。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例對本申請進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。通過這些說明，本申請的特點和優(yōu)點將變得更為清楚明確。

此外，以下所描述的本申請不同實施方式中涉及的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突即可相互結(jié)合。

本發(fā)明提供了一種改性的鋰離子電池的正極極片，包括設(shè)置在集流體表面的電極活性物質(zhì)層和設(shè)置在所述電極活性物質(zhì)層表面的保護(hù)層，所述保護(hù)層由金屬氧化物層和導(dǎo)電層在水平方向交替層疊構(gòu)成，所述金屬氧化物層與導(dǎo)電層的面積比為1:9-9:1，厚度比為0.5:1-1:1。

在根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式中，所述金屬氧化物層的面積為極片面積的80%-20%，厚度為3-250nm，優(yōu)選地為3-50nm。

在根據(jù)本發(fā)明的鋰離子電池的正極極片的另一種實施方式中，所述導(dǎo)電層的面積為極片面積的20%-80%，厚度為3-1000nm，優(yōu)選地為3-100nm。

在根據(jù)本發(fā)明的鋰離子電池的正極極片的另一種實施方式中，所述金屬氧化物與導(dǎo)電層的厚度比優(yōu)選為0.8:1。

在根據(jù)本發(fā)明的鋰離子電池的正極極片的另一種實施方式中，所述金屬氧化物為選自氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯、鈦酸鋇中的一種或多種，優(yōu)選為氧化鋁或鈦酸鋇中的至少一種。

在根據(jù)本發(fā)明的鋰離子電池的正極極片的另一種實施方式中，所述導(dǎo)電層為碳材料層。

在根據(jù)本發(fā)明的鋰離子電池的正極極片的另一種實施方式中，所述碳材料包括純碳和/或氮、磷摻雜的碳材料/人造石墨/天然石墨。

在根據(jù)本發(fā)明的鋰離子電池的正極極片的另一種實施方式中，所述極片的電導(dǎo)率為1.1×10 -3S/cm-9.1×10 -3S/cm。

在根據(jù)本發(fā)明的鋰離子電池的正極極片的另一種實施方式中，所述金屬氧化物層和導(dǎo)電層通過磁控濺射和/或電子束蒸發(fā)鍍膜設(shè)置在所述電極活性物質(zhì)層表面。

在通過磁控濺射和/或電子束蒸發(fā)鍍膜的方法設(shè)置保護(hù)層時，金屬氧化物層和導(dǎo)電層面積的控制可利用不同形狀的模具來實現(xiàn)，兩層厚度的控制可通過鍍膜時間來控制。因而，根據(jù)本發(fā)明，保護(hù)層中的金屬氧化物層和導(dǎo)電層的薄厚度可控，比例可控，在對極片容量影響極小的情況下，可實現(xiàn)根據(jù)不同應(yīng)用場景精確調(diào)控極片的高溫穩(wěn)定性和倍率性能。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的電極極片的示意圖，以下通過實施例并結(jié)合圖1對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。

實施例

實施例1

正極極片的制備

將正極活性材料NCM562、導(dǎo)電劑乙炔黑、粘結(jié)劑PVDF按照質(zhì)量比96:2:2進(jìn)行混合，加入溶劑NMP，使固含量為60wt%，在真空攪拌機作用下攪拌至體系呈均一狀，獲得正極漿料。隨后將所得正極漿料均勻涂覆于正極集流體鋁箔兩個表面上，進(jìn)行輥壓，使壓實密度在3.2-3.5g/cm 3。然后，在110℃下真空干燥過夜，得到正極極片。

將上述制備好的NCM562正極極片作為基材安裝在磁控濺射機(北京泰科諾科技有限公司，JCP-350M2)的腔體內(nèi)。使用Al 2O 3作為靶材，將靶材放置在磁控濺射機的腔體內(nèi)，將矩形模具放在正極片上。然后，將腔體抽真空至2.0×10 -4 Pa，并對基材進(jìn)行加熱，待基材溫度穩(wěn)定在100℃后向磁控濺射機的腔體內(nèi)通入純度大于99.999％的氬氣。在基材轉(zhuǎn)速為30rpm、靶基距為9cm、氬氣流量為20ml/min、射頻濺射功率為60W、濺射氣壓為1Pa的濺射條件下，在所制得的NCM562正極極片的表面上磁控濺射沉積約30nm厚的Al 2O 3薄膜層。使正極極片在腔體內(nèi)自然冷卻，然后取出正極極片，最終得到厚度約30nm的NCM562/Al 2O 3。打開腔體更換模具，把鍍好的矩形Al 2O 3層用模具蓋住重新放入腔體內(nèi)，將腔體真空度設(shè)至6.0×10 -4 Pa，使用碳作為靶材，向磁控濺射機的腔體內(nèi)通入純度大于99 .999％的氬氣。在基材轉(zhuǎn)速為15rpm、靶基距為9cm、氬氣流量為100ml/min、射頻濺射功率為80W、濺射氣壓為2Pa的濺射條件下，在NCM562正極極片的表面上磁控濺射沉積約120nm厚的碳薄膜層。待冷卻后得到包覆Al 2O 3層和碳層的正極片，其中Al 2O 3沉積層與碳沉積層的面積比為1:9，厚度比為1:4。

將經(jīng)過上述磁控濺射處理后的極片進(jìn)行干燥、冷壓、分切處理，得到正極極片。

負(fù)極極片的制備

將負(fù)極活性材料石墨、導(dǎo)電劑乙炔黑、增稠劑CMC、粘結(jié)劑SBR 按質(zhì)量比96.4:1:1.2:1.4進(jìn)行混合，加入溶劑去離子水，在真空攪拌機作用下攪拌至體系呈均一狀，獲得負(fù)極漿料。將負(fù)極漿料均勻涂覆在負(fù)極集流體銅箔的兩個表面上，室溫晾干后轉(zhuǎn)移至烘箱繼續(xù)干燥，然后經(jīng)過冷壓、分切得到負(fù)極極片。

電解液的制備

將碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)按照體積比1:1:1進(jìn)行混合得到有機溶劑，接著將充分干燥的鋰鹽LiPF 6溶解于混合后的有機溶劑中，配制成濃度為1mol/L的電解液。

鋰離子電池的制備

將上述正極極片、聚乙烯隔膜、負(fù)極極片按順序疊好，使隔膜處于正、負(fù)極極片之間起到隔離的作用，然后卷繞得到裸電芯。將裸電芯置于外包裝殼中，干燥后注入電解液，經(jīng)過真空封裝、靜置、化成、整形等工序，獲得鋰離子電池，并進(jìn)行測試，測試結(jié)果見下面的表1。

實施例2

正極極片的制備

將正極活性材料NCM562、導(dǎo)電劑乙炔黑、粘結(jié)劑PVDF按照質(zhì)量比96:2:2進(jìn)行混合，加入溶劑NMP，使固含量為60wt%，在真空攪拌機作用下攪拌至體系呈均一狀，獲得正極漿料。隨后將所得正極漿料均勻涂覆于正極集流體鋁箔兩個表面上，進(jìn)行輥壓，使壓實密度在3.2-3.5g/cm 3。然后，在110℃下真空干燥過夜，得到正極極片。

將上述制備好的NCM562正極極片作為基材安裝在磁控濺射機(北京泰科諾科技有限公司，JCP-350M2)的腔體內(nèi)。使用Al 2O 3作為靶材，將靶材放置在磁控濺射機的腔體內(nèi)，將矩形模具放在正極片上。然后，將腔體抽真空至2.0×10 -4 Pa，并對基材進(jìn)行加熱，待基材溫度穩(wěn)定在100℃后向磁控濺射機的腔體內(nèi)通入純度大于99.999％的氬氣。在基材轉(zhuǎn)速為30rpm、靶基距為9cm、氬氣流量為30ml/min、射頻濺射功率為60W、濺射氣壓為1Pa的濺射條件下，在所制得的NCM562正極極片的表面上磁控濺射沉積約30nm厚的Al 2O 3薄膜層。使正極極片在腔體內(nèi)自然冷卻，然后取出正極極片，最終得到厚度約30nm的NCM562/Al 2O 3。打開腔體更換模具，把鍍好的矩形Al 2O 3層用模具蓋住重新放入腔體內(nèi)，將腔體真空度設(shè)至6.0×10 -4 Pa，使用碳作為靶材，向磁控濺射機的腔體內(nèi)通入純度大于99 .999％的氬氣。在基材轉(zhuǎn)速為30 rpm、靶基距為9cm、氬氣流量為60ml/min、射頻濺射功率為80W、濺射氣壓為2Pa的濺射條件下，在NCM562正極極片的表面上磁控濺射沉積約60 nm厚的碳薄膜層。待冷卻后得到包覆Al 2O 3層和碳層的正極片，其中Al 2O 3沉積層與碳沉積層的面積比為5:5，厚度比為1:2。

將經(jīng)過上述磁控濺射處理后的極片進(jìn)行干燥、冷壓、分切處理，得到正極極片。

使用實施例2得到的正極極片，按照與實施例1相同的方法制備鋰離子電池，并進(jìn)行測試，測試結(jié)果見下面的表1。

實施例3

正極極片的制備

將正極活性材料NCM562、導(dǎo)電劑乙炔黑、粘結(jié)劑PVDF按照質(zhì)量比96:2:2進(jìn)行混合，加入溶劑NMP，使固含量為60wt%，在真空攪拌機作用下攪拌至體系呈均一狀，獲得正極漿料。隨后將所得正極漿料均勻涂覆于正極集流體鋁箔兩個表面上，進(jìn)行輥壓，使壓實密度在3.2-3.5g/cm 3。然后，在110℃下真空干燥過夜，得到正極極片。

將上述制備好的NCM562正極極片作為基材安裝在磁控濺射機(北京泰科諾科技有限公司，JCP-350M2)的腔體內(nèi)。使用Al 2O 3作為靶材，將靶材放置在磁控濺射機的腔體內(nèi)，將矩形模具放在正極片上。然后，將腔體抽真空至2.0×10 -4 Pa，并對基材進(jìn)行加熱，待基材溫度穩(wěn)定在100℃后向磁控濺射機的腔體內(nèi)通入純度大于99.999％的氬氣。在基材轉(zhuǎn)速為25rpm、靶基距為9cm、氬氣流量為100ml/min、射頻濺射功率為60W、濺射氣壓為1Pa的濺射條件下，在所制得的NCM562正極極片的表面上磁控濺射沉積約30nm厚的Al 2O 3薄膜層。使正極極片在腔體內(nèi)自然冷卻，然后取出正極極片，最終得到厚度約30nm的NCM562/Al 2O 3。打開腔體更換模具，把鍍好的矩形Al 2O 3層用模具蓋住重新放入腔體內(nèi)，將腔體真空度設(shè)至6.0×10 -4Pa，使用碳作為靶材，向磁控濺射機的腔體內(nèi)通入純度大于99 .999％的氬氣。在基材轉(zhuǎn)速為35 rpm、靶基距為9cm、氬氣流量為20ml/min、射頻濺射功率為80W、濺射氣壓為2Pa的濺射條件下，在NCM562正極極片的表面上磁控濺射沉積約20 nm厚的碳薄膜層。待冷卻后得到包覆Al 2O 3層和碳層的正極片，其中Al 2O 3沉積層與碳沉積層的面積比為9:1，厚度比為3:2。

將經(jīng)過上述磁控濺射處理后的極片進(jìn)行干燥、冷壓、分切處理，得到正極極片。

使用實施例3得到的正極極片，按照與實施例1相同的方法制備鋰離子電池，并進(jìn)行測試，測試結(jié)果見下面的表1。

實施例4

正極極片的制備

將正極活性材料NCM562、導(dǎo)電劑乙炔黑、粘結(jié)劑PVDF按照質(zhì)量比96:2:2進(jìn)行混合，加入溶劑NMP，使固含量為60wt%，在真空攪拌機作用下攪拌至體系呈均一狀，獲得正極漿料。隨后將所得正極漿料均勻涂覆于正極集流體鋁箔兩個表面上，進(jìn)行輥壓，使壓實密度在3.2-3.5g/cm 3。然后，在110℃下真空干燥過夜，得到正極極片。

將上述制備好的NCM562正極極片作為基材安裝在磁控濺射機(北京泰科諾科技有限公司，JCP-350M2)的腔體內(nèi)。使用Al 2O 3作為靶材，將靶材放置在磁控濺射機的腔體內(nèi)，將矩形模具放在正極片上。然后，將腔體抽真空至2.0×10 -4 Pa，并對基材進(jìn)行加熱，待基材溫度穩(wěn)定在100℃后向磁控濺射機的腔體內(nèi)通入純度大于99.999％的氬氣。在基材轉(zhuǎn)速為30rpm、靶基距為9cm、氬氣流量為20ml/min、射頻濺射功率為60W、濺射氣壓為1Pa的濺射條件下，在所制得的NCM562正極極片的表面上磁控濺射沉積約30nm厚的Al 2O 3薄膜層。使正極極片在腔體內(nèi)自然冷卻，然后取出正極極片，最終得到厚度約30nm的NCM562/Al 2O 3。打開腔體更換模具，把鍍好的矩形Al 2O 3層用模具蓋住重新放入腔體內(nèi)，將腔體真空度設(shè)至6.0×10 -4 Pa，使用碳作為靶材，向磁控濺射機的腔體內(nèi)通入純度大于99 .999％的氬氣。在基材轉(zhuǎn)速為25rpm、靶基距為9cm、氬氣流量為80ml/min、射頻濺射功率為80W、濺射氣壓為2Pa的濺射條件下，在NCM562正極極片的表面上磁控濺射沉積約45nm厚的碳薄膜層。待冷卻后得到包覆Al 2O 3層和碳層的正極片，其中Al 2O 3沉積層與碳沉積層的面積比為2:8，厚度比為2:3。

將經(jīng)過上述磁控濺射處理后的極片進(jìn)行干燥、冷壓、分切處理，得到正極極片。

使用實施例4得到的正極極片，按照與實施例1相同的方法制備鋰離子電池，并進(jìn)行測試，測試結(jié)果見下面的表1。

實施例5

正極極片的制備

將正極活性材料NCM562、導(dǎo)電劑乙炔黑、粘結(jié)劑PVDF按照質(zhì)量比96:2:2進(jìn)行混合，加入溶劑NMP，使固含量為60wt%，在真空攪拌機作用下攪拌至體系呈均一狀，獲得正極漿料。隨后將所得正極漿料均勻涂覆于正極集流體鋁箔兩個表面上，進(jìn)行輥壓，使壓實密度在3.2-3.5g/cm 3。然后，在110℃下真空干燥過夜，得到正極極片。

將上述制備好的NCM562正極極片作為基材安裝在磁控濺射機(北京泰科諾科技有限公司，JCP-350M2)的腔體內(nèi)。使用Al 2O 3作為靶材，將靶材放置在磁控濺射機的腔體內(nèi)，將矩形模具放在正極片上。然后，將腔體抽真空至2.0×10 -4 Pa，并對基材進(jìn)行加熱，待基材溫度穩(wěn)定在100℃后向磁控濺射機的腔體內(nèi)通入純度大于99.999％的氬氣。在基材轉(zhuǎn)速為30rpm、靶基距為9cm、氬氣流量為80ml/min、射頻濺射功率為60W、濺射氣壓為1Pa的濺射條件下，在所制得的NCM562正極極片的表面上磁控濺射沉積約30nm厚的Al 2O 3薄膜層。使正極極片在腔體內(nèi)自然冷卻，然后取出正極極片，最終得到厚度約30nm的NCM562/Al 2O 3。打開腔體更換模具，把鍍好的矩形Al 2O 3層用模具蓋住重新放入腔體內(nèi)，將腔體真空度設(shè)至6.0×10 -4 Pa，使用碳作為靶材，向磁控濺射機的腔體內(nèi)通入純度大于99 .999％的氬氣。在基材轉(zhuǎn)速為30 rpm、靶基距為9cm、氬氣流量為20ml/min、射頻濺射功率為80W、濺射氣壓為3Pa的濺射條件下，在NCM562正極極片的表面上磁控濺射沉積約30 nm厚的碳薄膜層。待冷卻后得到包覆Al 2O 3層和碳層的正極片，其中Al 2O 3沉積層與碳沉積層的面積比為8:2，厚度比為1:1。

將經(jīng)過上述磁控濺射處理后的極片進(jìn)行干燥、冷壓、分切處理，得到正極極片。

使用實施例5得到的正極極片，按照與實施例1相同的方法制備鋰離子電池，并進(jìn)行測試，測試結(jié)果見下面的表1。

對比例1

正極極片的制備

將正極活性材料NCM562、導(dǎo)電劑乙炔黑、粘結(jié)劑PVDF按照質(zhì)量比96:2:2進(jìn)行混合，加入溶劑NMP，使固含量為60wt%，在真空攪拌機作用下攪拌至體系呈均一狀，獲得正極漿料。隨后將所得正極漿料均勻涂覆于正極集流體鋁箔兩個表面上，進(jìn)行輥壓，使壓實密度在3.2-3.5g/cm 3。然后，在110℃下真空干燥過夜，得到正極極片。

將上述制備好的NCM562正極極片作為基材安裝在磁控濺射機(北京泰科諾科技有限公司，JCP-350M2)的腔體內(nèi)。使用Al 2O 3作為靶材，將靶材放置在磁控濺射機的腔體內(nèi)，將矩形模具放在正極片上。然后，將腔體抽真空至2.0×10 -4 Pa，并對基材進(jìn)行加熱，待基材溫度穩(wěn)定在100℃后向磁控濺射機的腔體內(nèi)通入純度大于99.999％的氬氣。在基材轉(zhuǎn)速為30rpm、靶基距為9cm、氬氣流量為10ml/min、射頻濺射功率為60W、濺射氣壓為1Pa的濺射條件下，在所制得的NCM562正極極片的表面上磁控濺射沉積約30nm厚的Al 2O 3薄膜層。使正極極片在腔體內(nèi)自然冷卻，然后取出正極極片，最終得到厚度約30nm的NCM562/Al 2O 3。打開腔體更換模具，把鍍好的矩形Al 2O 3層用模具蓋住重新放入腔體內(nèi)，將腔體真空度設(shè)至6.0×10 -4 Pa，使用碳作為靶材，向磁控濺射機的腔體內(nèi)通入純度大于99 .999％的氬氣。在基材轉(zhuǎn)速為15rpm、靶基距為9cm、氬氣流量為90ml/min、射頻濺射功率為80W、濺射氣壓為3Pa的濺射條件下，在NCM562正極極片的表面上磁控濺射沉積約270 nm厚的碳薄膜層。待冷卻后得到包覆Al 2O 3層和碳層的正極片，其中Al 2O 3沉積層與碳沉積層的面積比為0.5:9.5，厚度比為1:9。

將經(jīng)過上述磁控濺射處理后的極片進(jìn)行干燥、冷壓、分切處理，得到正極極片。

使用對比例1得到的正極極片，按照與實施例1相同的方法制備鋰離子電池，并進(jìn)行測試，測試結(jié)果見下面的表1。

對比例2

正極極片的制備

將正極活性材料NCM562、導(dǎo)電劑乙炔黑、粘結(jié)劑PVDF按照質(zhì)量比96:2:2進(jìn)行混合，加入溶劑NMP，使固含量為60wt%，在真空攪拌機作用下攪拌至體系呈均一狀，獲得正極漿料。隨后將所得正極漿料均勻涂覆于正極集流體鋁箔兩個表面上，進(jìn)行輥壓，使壓實密度在3.2-3.5g/cm 3。然后，在110℃下真空干燥過夜，得到正極極片。

將上述制備好的NCM562正極極片作為基材安裝在磁控濺射機(北京泰科諾科技有限公司，JCP-350M2)的腔體內(nèi)。使用Al 2O 3作為靶材，將靶材放置在磁控濺射機的腔體內(nèi)，將矩形模具放在正極片上。然后，將腔體抽真空至2.0×10 -4 Pa，并對基材進(jìn)行加熱，待基材溫度穩(wěn)定在100℃后向磁控濺射機的腔體內(nèi)通入純度大于99.999％的氬氣。在基材轉(zhuǎn)速為30rpm、靶基距為9cm、氬氣流量為90ml/min、射頻濺射功率為60W、濺射氣壓為1Pa的濺射條件下，在所制得的NCM562正極極片的表面上磁控濺射沉積約30nm厚的Al 2O 3薄膜層。使正極極片在腔體內(nèi)自然冷卻，然后取出正極極片，最終得到厚度約30nm的NCM562/Al 2O 3。打開腔體更換模具，把鍍好的矩形Al 2O 3層用模具蓋住重新放入腔體內(nèi)，將腔體真空度設(shè)至6.0×10 -4 Pa，使用碳作為靶材，向磁控濺射機的腔體內(nèi)通入純度大于99 .999％的氬氣。在基材轉(zhuǎn)速為40 rpm、靶基距為9cm、氬氣流量為10ml/min、射頻濺射功率為80W、濺射氣壓為3Pa的濺射條件下，在NCM562正極極片的表面上磁控濺射沉積約7.5 nm厚的碳薄膜層。待冷卻后得到包覆Al 2O 3層和碳層的正極片，其中Al 2O 3沉積層與碳沉積層的面積比為9.5:0.5，厚度比為4:1。

將經(jīng)過上述磁控濺射處理后的極片進(jìn)行干燥、冷壓、分切處理，得到正極極片。

使用對比例2得到的正極極片，按照與實施例1相同的方法制備鋰離子電池，并進(jìn)行測試，測試結(jié)果見下面的表1。

除了上面的測試之外，還對上述實施例1-5及對比例1-2中制備的鋰離子電池進(jìn)行以下性能測試：

(1)高溫循環(huán)性能測試

在45℃恒溫箱中，將以上制備得到的鋰離子電池以0.5C倍率充電、以1C倍率放電，進(jìn)行滿充-滿放循環(huán)測試，經(jīng)過200次循環(huán)后，觀察電池的放電容量保持率。

(2) 動力學(xué)性能測試

在25℃恒溫箱中，將以上制備得到的鋰離子電池以0.3C倍率充滿電(截止電流為0.05c)，以0.3C倍率放電(截止電壓為2.75V)，按上述充電模式滿充后分別以1C、2C、3C、4C、5C放電至截止電壓，計算出正極片的放電克容量(mAh/g)。

(3) 極片面電阻測試

在極片濺射完包覆層后，將極片冷卻至室溫，壓實至1.65g/cm 3，采用ACCFILM膜片電阻測試儀，測試極片面電阻。

實施例1-5及對比例1-2中制備的鋰離子電池的性能測試結(jié)果如以下表1所示：

表1

以上性能測試結(jié)果表明，正極片表面保護(hù)層中高溫穩(wěn)定金屬氧化物層與導(dǎo)電層的涂覆面積比例、涂覆厚度不同，對電池高溫循環(huán)性能、倍率性能、極片面電阻造成的影響隨之不同。由實施例1-5的測試結(jié)果可知，當(dāng)正極片上的金屬氧化物層和導(dǎo)電層面積比在1:4-4:1范圍內(nèi)，厚度比在3:2-2:3范圍內(nèi)時，極片保護(hù)層可更好地提高鋰離子電池的高溫循環(huán)性能、倍率性能并降低極片面電阻，這主要是由于交替分布的高溫穩(wěn)定金屬氧化物惰性涂層和碳活性涂層在合適的面積比下，使得碳活性涂層能夠更好地降低極片面電阻，提高極片倍率性能，而金屬氧化物惰性涂層能夠有效吸收循環(huán)過程中產(chǎn)生的熱量，提高極片循環(huán)壽命。

由對比例1的測試結(jié)果可知，當(dāng)正極片上的金屬氧化物層和導(dǎo)電層面積比小于1:9，厚度比小于1:4時，由于金屬氧化物惰性涂層的面積、厚度均較小，導(dǎo)致該層質(zhì)量較小，不能有效吸收極片循環(huán)過程中產(chǎn)生的熱量，使得極片高溫循環(huán)性能差，而導(dǎo)電碳活性涂層面積大、厚度大、活性涂覆物質(zhì)多，導(dǎo)致該層與電解液反應(yīng)增加，消耗更多活性鋰，導(dǎo)致循環(huán)容量保持率降低。

由對比例2的測試結(jié)果可知，當(dāng)正極片上的金屬氧化物層和導(dǎo)電層面積比大于9:1，厚度比大于4:1時，由于金屬氧化物惰性涂層的面積、厚度均較大，導(dǎo)致該層質(zhì)量較大，其本身電阻較大而增大了極片面電阻，使得極片倍率性能降低，高溫循環(huán)過程中電解液中的鋰離子不能有效嵌入極片中，導(dǎo)致析鋰，進(jìn)而降低電池的循環(huán)性能。

以上結(jié)合優(yōu)選實施方式對本申請進(jìn)行了說明，然而這些實施方式僅為范例性起到說明性作用。在此基礎(chǔ)上，可對本申請進(jìn)行多種替換和改進(jìn)并均落入本申請保護(hù)范圍內(nèi)。

鋰離子電池的正極極片.pdf