[發(fā)明專利]一種鋰離子二次電池正極及包括該正極的鋰離子二次電池

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200610170607.X
• 申請(qǐng)日: 2006-12-22
• 公開（公告）號(hào): CN101207190A
• 公開（公告）日: 2008-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫華軍;申奇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/02
• 分類號(hào): H01M4/02;H01M4/62;H01M4/48;H01M4/58;H01M10/40
• 代理公司: 北京潤(rùn)平知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 王鳳桐;吳德明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是關(guān)于一種鋰離子二次電池正極及包括該正極的鋰離子二次電池。

背景技術(shù)

近年來，便攜式電動(dòng)工具和電動(dòng)玩具使用越來越廣，作為能源供給的電池日益受到關(guān)注。一般傳統(tǒng)的電動(dòng)工具和電動(dòng)玩具使用的是鎳鎘、鎳氫電池為主，但在便攜式電動(dòng)工具和電動(dòng)玩具日益小型化的發(fā)展過程中，逐漸要求使用能量密度更高的二次電池。其中，鋰離子二次電池的發(fā)展受到大家的日益關(guān)注。且隨著歐盟《關(guān)于在電子電氣設(shè)備中禁止使用某些有害物質(zhì)指令》(RoHS指令)的推行，無污染的鋰離子二次電池更具有發(fā)展的優(yōu)勢(shì)。但是，現(xiàn)有技術(shù)的鋰離子電池也存在一些不足之處。

其中，最有待提高的便是電池大倍率、大電流放電性能。鋰離子二次電池在充電時(shí)，鋰離子從正極片上涂覆的具有層狀結(jié)構(gòu)的正極氧化物的層間脫嵌，通過正負(fù)極間的隔膜和電解液到達(dá)負(fù)極片，并嵌入到具有層狀結(jié)構(gòu)的負(fù)極如碳材料的中間；而放電的過程正好相反。正負(fù)極片通過集流體和極耳與外界電路連接，在放電時(shí)形成環(huán)路電流，所形成的電流大小與單位時(shí)間內(nèi)從負(fù)極碳層脫出，通過隔膜和電解液并嵌入正極氧化物的層間的鋰離子數(shù)目成正比。在大倍率放電時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)鋰離子脫嵌和嵌入的數(shù)目是正常倍率放電時(shí)的多倍。如10C倍率放電，在單位時(shí)間內(nèi)鋰離子脫嵌和嵌入的數(shù)目是正常的1C倍率放電的10倍。在目前的鋰離子二次電池體系不可改變的情況下，大幅度提高鋰離子二次電池的大倍率放電性能的一種有效方法是通過極片的優(yōu)化設(shè)計(jì)，如控制正負(fù)極片的體積密度或控制正負(fù)極片的厚度。

例如，CN?1767253A公開了一種鋰離子二次電池，該電池包括正極、隔膜、負(fù)極和非水電解液，所述正極由涂覆再正極集電體上的可嵌入釋出鋰的正極活性物質(zhì)涂層構(gòu)成，所述負(fù)極由涂覆在負(fù)極集電體上的可嵌入釋出鋰的負(fù)極活性物質(zhì)涂層構(gòu)成，其中，所述正極活性物質(zhì)的重量除以正極活性物質(zhì)涂層的體積算得的正極涂層體積密度為1.80克/立方厘米至小于3.50克/立方厘米，所述負(fù)極活性物質(zhì)的重量除以負(fù)極活性物質(zhì)涂層的體積算得的負(fù)極涂層的體積密度為大于1.20克/立方厘米至小于1.70克/立方厘米。該方法通過降低正極涂層體積密度和提高負(fù)極涂層體積密度來提高電池的大倍率放電性能。

CN?1728440A公開了一種大倍率鋰離子二次電池，該電池包括外殼和封裝在內(nèi)部的芯體和電解質(zhì)，所述芯體包括正極片、負(fù)極片和隔離所述正負(fù)極片的隔膜，所述正負(fù)極片內(nèi)包括集流體，所述正極片的厚度為50-140微米，所述負(fù)極片的厚度為60-150微米。該方法通過降低正負(fù)極片的的厚度，使單位面積集流體上正負(fù)極活性物質(zhì)的量比較小，減少了鋰離子從負(fù)極片碳層脫出厚，通過正負(fù)極之間的隔膜和電解液到達(dá)正極片的距離，減少了離子導(dǎo)電能力，增強(qiáng)了離子導(dǎo)電能力，從而提高了電池大倍率、大電流放電性能。

CN?1819308A公開了一種高倍率鋰離子電池極片，該極片包括電極活性物質(zhì)、集流體、粘合劑和導(dǎo)電劑，其中，所述電池極片的厚度在40-100微米之間，所述正極的電極活性物質(zhì)選自鈷酸鋰、錳酸鋰中的一種或兩種的混合物，負(fù)極的電極活性物質(zhì)為粒徑D₅₀分布在5-11微米之間的人工石墨，所述粘合劑為聚偏氟乙烯，所述導(dǎo)電劑選自導(dǎo)電炭黑、超導(dǎo)炭黑、導(dǎo)電石墨、乙炔黑、碳納米管中的一種或兩種或兩種以上的混合物，電極活性物質(zhì)、粘合劑和導(dǎo)電劑的重量百分比為85-96％、2-8％和1-10％。該方法也通過降低電池極片的厚度來提高電池的倍率放電性能，使電池10C倍率放電時(shí)間由10秒延長(zhǎng)至350秒。

上述方法均是通過進(jìn)行電極片的體積密度或厚度來提高電池的大倍率放電性能，對(duì)電池的組成和結(jié)構(gòu)如負(fù)極活性物質(zhì)和正極活性物質(zhì)的種類和/或粒徑?jīng)]有特別的限定。常規(guī)用作鋰離子二次電池正極活性物質(zhì)的是直接商購的粒徑一般為5-15微米的各種含鋰的氧化物如鋰鈷氧、鋰鈷錳中的一種或幾種，由于上述含鋰的氧化物都是絕緣體，必須添加一定的導(dǎo)電劑才能保證電子在正極片內(nèi)的傳導(dǎo)，常規(guī)的導(dǎo)電劑一般為顆粒型的導(dǎo)電石墨或?qū)щ娞己冢昧繛檎龢O活性物質(zhì)重量的2-3重量％。實(shí)驗(yàn)證明，上述導(dǎo)電劑無法滿足電子在正極片內(nèi)的傳導(dǎo)，從而導(dǎo)致電池不能獲得優(yōu)異的大倍率放電性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了提供另一種使電池具有良好大倍率放電性能的鋰離子二次電池正極和包括該正極的鋰離子二次電池。

本發(fā)明提供的鋰離子二次電池正極包括集流體和負(fù)載在集流體上的正極材料，所述正極材料含有正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘合劑，其中，所述正極活性物質(zhì)的平均粒徑D₅₀為2-10微米，且正極活性物質(zhì)的粒度分布σ滿足：