[發(fā)明專利]一種高能量密度鋰二次電池電極及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910061624.3
• 申請日: 2009-04-16
• 公開（公告）號: CN101630728A
• 公開（公告）日: 2010-01-20
• 發(fā)明（設計）人: 黃云輝;袁利霞;張五星
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01M4/02
• 分類號: H01M4/02;H01M10/36;H01M10/40;H01M4/36;H01M4/62;H01M4/58;H01M4/38;H01M4/04
• 代理公司: 華中科技大學專利中心
• 代理人: 李 智

技術領域

本發(fā)明涉及電化學、材料化學和化學電源產品技術領域，具體涉及一種鋰二次電池電極及其制備方法。

背景技術

隨著鋰二次電池在移動電話、手提電腦、攝象機等便攜式電子領域的日益廣泛應用，其顯示出來的高電壓、高比能量和長循環(huán)壽命的優(yōu)勢吸引了軍事、航天、電動汽車等高技術應用領域的青睞。無論是對于便攜式電子產品的小功率應用領域，還是對電動汽車等大功率應用場合，進一步提高電池的能量密度始終是鋰二次電池追求的最重要目標之一。

從根本上說，電池能量密度取決于電極材料，但是電池制備工藝的影響也不容忽視。比如對于基于LiCoO₂/石墨材料體系的18650型鋰離子電池，其放電容量從約10年前的1A·h提高到了現(xiàn)在的2.2～2.5Ah，相應的電池比能量從110～120W·h/kg，210W·h/L提高到了190～200W·h/kg和＞500W·h/L，這些能量密度上的巨大進步主要是通過改進電池的制備工藝，比如改進設計、提高電極活性材料的壓實密度以及減少負極剩余容量等取得的。由此可見，對于提高電池的能量密度來說，改進電極制備工藝取得的效果有時并不亞于選用新的材料體系。

從近年來人們?yōu)樘岣咪嚩坞姵啬芰棵芏人餮芯縼砜矗^大部分工作都集中在電極材料方面，比如通過表面包覆(如碳包覆，納米金屬或/和納米金屬氧化物包覆)和元素摻雜(如LiFePO₄的Li位、Fe位、P位、O位摻雜)來改善材料的電子電導和離子電導，通過降低材料的粒徑，制備亞微米或者納米材料以減少鋰離子的擴散距離，這些措施可以提高活性物質的利用率，從而提高電池的實際比能量。而在電極的制備工藝方面則多年來缺乏創(chuàng)新，仍基于傳統(tǒng)的制備方法，通過加入碳黑、乙炔黑等導電劑來改善電極的導電性，通過加入PVDF、PTFE等粘接劑來滿足加工成型的需要。由于這些傳統(tǒng)的導電劑和粘接劑均屬于電化學惰性物質，他們的加入必定降低電化學活性材料在電極中的相對含量，這在相當大的程度上降低了電池的實際比能量。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一類比傳統(tǒng)電極具有更高能量密度的鋰二次電池電極及其制備方法。

一種高能量密度鋰二次電池電極，由集流體以及粘接在集流體上的活性物質層構成，其特征在于：所述活性物質層由儲鋰活性材料和導電高分子材料組成，儲鋰活性材料和導電高分子材料的質量比為100∶0.1～40。

所述儲鋰活性材料為鈷酸鋰LiCoO₂、鎳酸鋰LiNiO₂、錳酸鋰LiMn₂O₄、三元復合材料LiCo_xNi_yMn_zO₂，其中x+y+z＝1、磷酸鐵鋰LiFePO₄、石墨、MCMB、金屬錫、錫基復合材料、單質硅和硅合金中的任意一種，或者對上述任意一種材料進行元素摻雜或者表面包覆所得到的復合材料。

所述導電高分子材料為聚吡咯PPy或聚苯胺PANI或聚噻吩PTh或聚對苯PPP或聚對苯撐乙烯PPV或上述任意一種導電高分子材料的衍生物。

作為改進，所述活性物質層還含有導電助劑和粘接助劑，導電助劑和粘接助劑分別占整個活性物質層質量的0～30％和0～10％。

所述導電助劑為碳基導電劑、石墨基導電劑、金屬基導電劑和金屬化合物導電劑中的任意一種或組合。

所述粘接助劑為聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、丁苯橡膠、羧甲基纖維素鈉、聚氨酯、聚乙烯醇、氟化橡膠中的任意一種或組合。

上述鋰二次電池電極的制備方法，具體為：將導電高分子單體溶解在良溶劑中制得導電高分子單體溶液，向該溶液中加入儲鋰活性材料粉末以及支持電解質，攪拌得到懸濁液；將集流體和對電極置于該懸濁液中，以集流體為工作電極進行電化學聚合反應，得到鋰二次電池電極。

作為改進，還向所述導電高分子單體溶液中加入導電助劑。

作為進一步改進，還向所述導電高分子單體溶液中加入粘接助劑。

本發(fā)明的技術效果體現(xiàn)在：

(1)本發(fā)明采用導電高分子材料來制備電極，由于導電高分子兼具金屬的導電性和聚合物的粘接性，可以同時起到導電劑和粘接劑的作用，因而該電極可以不使用或者較少量使用電化學惰性的粘接劑和導電劑，同時導電高分子通過摻雜和脫摻雜的反應還具有一定的電化學活性，這都有利于提高電池的實際比能量。