[0001] 本实用新型涉及电池结构设计技术领域，具体涉及一种高比能高安全的正极极片结构。

[0002] 如今，锂离子电池还在努力地提高电池能量密度，减小生产成本，满足动力汽车和大规模的智能电网能源储存设备的需求。以当今最好的技术，锂离子电池的重量能量密度‑1已达到300Wh kg ，但此类电池的安全风险很高。近年来，锂离子电池的灾难性故障屡屡发生，造成了巨大的损失，并引起了公众的关注。

[0003] 可以通过使用高容量正极或者负极及提高电池的上限电压来提升电池能量密度。高容量正极材料包括超高镍正极、高电压钴酸锂(HLCO)、富锂锰基(OLO)等。提高正极充电上限电压可以显著提高正极材料的放电比容量，但高电压下会导致正极过渡金属离子溶解、材料晶体结构混排、材料颗粒破裂、不可逆相变等，恶化电池性能。而且，正极过渡金属离子溶解不仅仅会导致正极活性材料损失，溶解的过渡金属离子还会穿过隔膜，在负极表面析出，加速负极SEI膜的形成。正极结构破坏的同时，释放出活性氧，与有机电解液反应产生大量的气体造成电芯鼓胀，同时产生大量的焦耳热，引发连锁热失控反应。所以改善正极界面的稳定性是解决高能量密度电池循环及寿命问题的关键。同时使用硅负极可以提高电池的能量密度，但是首圈不可逆锂损失导致电池容量发挥偏低，需要对其补锂来提高首效。

[0028] 为了便于理解本实用新型，下面将对本实用新型进行更全面的描述，给出了本实用新型的较佳实施例。但应当理解为这些实施例仅仅是用于更详细说明之用，而不应理解为用以任何形式限制本实用新型，即并不意于限制本实用新型的保护范围。

[0029] 本实用新型提供的高比能高安全正极极片结构的一种示例性结构可如图1所示，自集流体1两侧分别向外，依次包括炭底涂层2、正极活性层3、富锂补锂层4和复合固态电解质层5。

[0030] 作为一个特定实例，涂炭铝箔可采用定制规格基材，炭底涂层采用三维石墨烯粉，厚度保持在200‑500nm。正极活性层制备如下，按质量比将95.4％钴酸锂LCO与0.6％导电炭SP、0.2％碳纳米管、2％磷酸锗铝锂(LATP)及1.8％聚偏二氟乙烯PVDF混合均匀制备浆料，粘度为5500±500；将浆料通过涂布机涂覆在涂炭铝箔的集流体上，集流体双面面密度控制2
在350‑390g/m 之间，对涂覆好的极片进行辊压，压密控制在4.05‑4.15之间。制备补锂浆料，将Li[Li0.13Ni0.30Mn0.57]O2、Li5FeO4与粘结剂PVDF、导电炭黑以质量比96：2：2涂覆在辊压后的基片上，其中Li[Li0.13Ni0.30Mn0.57]O2、Li5FeO4的质量比为9：1～5：5，全程需要在露点低于‑40℃进行。烘干之后，再涂覆一层复合固态电解质层，采用磷酸锗铝锂(LATP)与聚丙烯腈的质量比例为90：10，厚度控制在1微米左右。将制备好的正极极片分切及模切，与配对好的负极、隔膜组装全电池。注入电解液，经过化成、老化等工序得到实用化高能量密度电芯。

[0031] 对于上述实例，我们对化成后的正极极片进行了EDS检测，如图2所示，可以看到，固态电解质特征元素P与Ti元素可以均匀的分布在活性物质层，同时表层还能检测部分固态电解质物质，说明电解质对正极极片能够充分浸润，正极极片层结构之间具有良好的过渡，有利于离子传输。其中表层复合固态电解质层相对较薄因此未标记示出。

[0032] 图3显示了本实用新型的正极极片相对于普通结构正极极片在电性能上的优势。普通结构正极极片即采用铝箔集流体上依次设置正极活性层和固体电解质层，正极活性层和固体电解质层中的材料可与上述示例中采用的材料相同。图中本实用新型采用的正极极片结构相对于普通结构正极极片在同等条件下显示出明显的循环容量保持优势，首圈容量发挥稳定，可以显著改善电池的寿命与能量密度。

[0033] 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。