[發(fā)明專利]一種鋰離子電池正極

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910087704.6
• 申請日: 2009-06-24
• 公開（公告）號(hào): CN101931071A
• 公開（公告）日: 2010-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王長梗;史密斯·王
• 申請（專利權(quán)）人: 北京創(chuàng)世威納科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/02
• 分類號(hào): H01M4/02;H01M4/38;H01M4/62;C01B31/00;H01M4/66;H01M4/70;H01M4/04
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池正極。

背景技術(shù)

可充電鋰離子電池通常包括含有石墨的正極。一般這些石墨由一種中間相瀝青形成并且包含石墨化碳微晶。這種復(fù)合材料通常還包括用于提高電導(dǎo)率的導(dǎo)電涂層添加劑，如炭黑，從而改善了正極的性能。

鋰離子電池的正極材料中炭黑數(shù)量一般約為復(fù)合材料重量的5％。采用的炭黑的平均顆粒粒度通常在50nm-100nm之間。炭黑中顆粒的比表面積一般約為每克80平方米或更低。為了抑制可能會(huì)在電池中發(fā)生的電解質(zhì)分解，一般要限制炭黑的比表面積。

使用表面積相對低的炭黑有幾個(gè)缺點(diǎn)。為了顯著提高含石墨正極的電導(dǎo)率，炭黑的必須使用量一般要相對多。從而，相對高含量的炭黑會(huì)降低內(nèi)電池的容量，因?yàn)橄鄳?yīng)的活性材料的量，即石墨的量低了。另外，利用表面積相對低的炭黑抑制了電解質(zhì)分解，但盡管如此電解質(zhì)仍然會(huì)發(fā)生分解。通過減少炭黑的量來提高內(nèi)電池容量會(huì)減小正極的額定容量。加之，一般認(rèn)為使用高表面積的炭黑將產(chǎn)生具有低的第一循環(huán)效率的正極。

因此，需要適用于克服或減小上述問題的電池正極用復(fù)合材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種鋰離子電池正極，以減少或避免前面所提到的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種鋰離子電池正極，包含碳纖維和涂覆該碳纖維的石墨顆粒，其中，所述碳纖維為中間相瀝青石墨物形成的石墨化碳纖維，該碳纖維表面積為1.3m²/g，纖維平均直徑為10um，纖維平均長度為30um，纖維的平均尺寸分布如下：尺寸小于8.4um的纖維占10％，尺寸小于18um的纖維占50％，尺寸小于57um的纖維占90％。

優(yōu)選地，石墨顆粒的平均顆粒粒度為約10-20nm，比表面積大于1500平方米/克的炭黑，其所占重量百分比在0.3％-8％之間。

優(yōu)選地，所述正極中還包含聚合物粘結(jié)劑，包括聚偏氟乙烯、聚酞亞胺和聚偏氟乙烯一六氟環(huán)丙烷。

優(yōu)選地，所述聚合物粘結(jié)劑占復(fù)合材料重量的1％-10％。

優(yōu)選地，所述聚合物粘結(jié)劑通過1-甲基-2-毗咯烷酮進(jìn)行溶解。

優(yōu)選地，所述正極為厚度在10um-25um之間的銅箔。

優(yōu)選地，所述正極涂覆上述材料，在110℃-175℃之間加熱20分鐘，在80℃下真空干燥約16小時(shí)。

本發(fā)明所提供的鋰離子電池正極，當(dāng)使用表面積相對高的導(dǎo)電顆粒時(shí)，認(rèn)為產(chǎn)生了相當(dāng)高數(shù)量的電子傳導(dǎo)路徑，因而引起正極電導(dǎo)率的全面提高。另外，使用表面積相對高的導(dǎo)電顆粒使所接觸的石墨化碳纖維的表面積相對更大，由此使鋰離子在插入和脫離石墨化碳纖維過程中能克服石墨的反應(yīng)點(diǎn)。而且，通過合成產(chǎn)生的缺陷結(jié)構(gòu)隔離的石墨內(nèi)的一個(gè)區(qū)域被接觸的可能性更大，從而使鋰離子更易插入該區(qū)域。除石墨，已發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料層能與集電基層更好的粘附。結(jié)果是涂層和集電層的界面顯示出更低的電阻并且提高了正極的機(jī)械穩(wěn)定性。

例如，包含本發(fā)明復(fù)合材料的鋰離子電池由于更高的插入能力而顯示出更高的比容量，由于更大的材料填充量而顯示出更高的內(nèi)電池能量，由于電子傳導(dǎo)性和大表面接觸而顯示出更好的額定容量，認(rèn)為由于機(jī)械穩(wěn)定性能和使石墨化碳纖維顆粒表面不分解的高覆蓋度而顯示出更好的循環(huán)能力。另外，由于使用石墨積相對高的導(dǎo)電顆粒而帶來的優(yōu)勢，可以采用明顯減少這些導(dǎo)電顆粒百分重量并且相應(yīng)增加碳纖維量來設(shè)計(jì)電池正極。

本發(fā)明所用的石墨炭黑通常會(huì)造成鋰離子電池中的碳纖維具有較高的比容量。優(yōu)選比容量的提高與高的額定容量是一致的。內(nèi)電石墨量是基于配方總重量計(jì)算出的總?cè)萘浚Q于碳纖維、聚合物及涂覆正極的炭黑的相對重量。

石墨正極涂層中含石墨越多，石墨循環(huán)效率將越低。因?yàn)榈谝淮窝h(huán)效率影響鋰基電化學(xué)電池的總?cè)萘浚哂休^高的第一次循環(huán)效率是有益的。第一次循環(huán)效率越低，加入電池中的正極材料的量必須越多，因?yàn)檎龢O提供最初的鋰。如果第一次循環(huán)效率是100％，正極的容量能被正極的精確加權(quán)容量所平衡，即不必添加過量的正極材料。如果第一次循環(huán)效率小于100％，必須向電池的正極邊添加過量的正極材料。在接下來的循環(huán)中，效率通常接近100％。循環(huán)效率低是由于形成了副反應(yīng)，比如在正極表面形成了含鋰的界面。實(shí)踐中，第一次循環(huán)效率應(yīng)該高于85％。一般地，與低比表面的炭黑的相比，高比表面炭黑每重量基準(zhǔn)的第一次循環(huán)效率低。在本發(fā)明中使用更少的炭黑解決了這個(gè)缺點(diǎn)。因?yàn)榭墒固亢诘牧可伲瑑?yōu)選配方的第一次循環(huán)效率將為85％或更高。

具體實(shí)施方式