[發明專利]鋰離子電池、正極活性材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201010155847.9
• 申請日: 2010-04-20
• 公開（公告）號: CN102237515A
• 公開（公告）日: 2011-11-09
• 發明（設計）人: 饒汝宇;何偉;王小龍;楊小玲;何名;龍鳳
• 申請（專利權）人: 深圳市比克電池有限公司
• 主分類號: H01M4/139
• 分類號: H01M4/139;H01M4/525;H01M10/0525;H01M10/058
• 代理公司: 深圳鼎合誠知識產權代理有限公司 44281
• 代理人: 羅瑤;龔安義

技術領域

本發明涉及鋰離子電池制造領域，具體是涉及一種鋰離子電池及其正極活性材料，以及該正極活性材料和鋰離子電池的制備方法。

背景技術

鋰離子電池具有能量密度高、比功率大、循環性能好、無記憶效應、無污染等特點，在手機、移動電話、攝像機、筆記本電腦等各種電子產品中得到廣泛的應用。其中，正極材料的性能好壞對鋰離子電池性能有直接的影響，商品化的電池正極材料以LiCoO₂為主。在實際應用中，正極材料與電解液直接接觸，它們之間的相互作用會引起正極材料化學性質的惡化，影響電池正極材料的穩定性。電池的開路電壓一般在4V左右，在此電壓下工作，電解液會有緩慢分解的現象，而且高電壓下的正極材料具有較強的氧化性，對電解液的分解起到了催化、加速的作用，從而產生一些有害的副產物；另外，電解液還會侵蝕正極材料；同時，鋰離子電池在充放電過程中，由于鋰離子在正極材料的晶胞中的擴散率明顯低于在電解液中的擴散速率，導致正極材料與電解液接觸的表面鋰離子的濃度相差很大，離子電導率也就較低，因此在電池循環過程中容易使電池容量下降。這些作用影響會導致電池的自放電增大，循環性能變差，甚至會引發電池的安全性問題。

為了克服正極材料和電解液的相互作用，通常采用表面包覆的方法避免正極材料和電解液的直接接觸。包覆處理的方法很多，如溶膠-凝膠法、氣相懸浮法、液相法、攪拌法、擠壓造粒法、加熱法、噴霧分散法等。這些方法中，有些因為形成的包覆層不均勻、結合不緊密或是采用了添加劑影響了安全性或其它綜合性能。所用的包覆材料大多以金屬或非金屬的氧化物為主，如SiO₂、TiO₂、Al₂O₃、MgO等。氧化物的電子導電性相對較差，因此單純采用該類材料包覆的正極往往界面阻抗較未包覆時要高。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服以上缺陷，實現在保持鋰離子電池正極活性材料良好導電性的同時改善正極活性材料的穩定性、安全性的目的，為此，本發明提出一種鋰離子電池及其正極活性材料，以及該鋰離子電池和正極活性材料制備方法。

本發明提出的這種鋰離子電池正極活性材料的制備方法包括表面包覆步驟：首先將有機物溶液與金屬或半金屬離子溶液混合，攪拌均勻，形成包覆溶液；再將包覆溶液與正極活性物質混合、加熱燒結，得到表面包覆膜的正極活性材料，其中，所述有機溶液為葡萄糖溶液、蔗糖溶液、麥芽糖溶液、果糖溶液、乳糖溶液、糖醛樹脂溶液或聚偏四氟乙烯溶液，所述金屬或半金屬離子溶液為Si⁴⁺、Ti⁴⁺、Al³⁺或Mg²⁺離子溶液。

優選的，上述鋰離子電池正極活性材料的制備方法中，所述正極活性物質為LiCoO₂。

所述LiCoO₂材料的粒徑D50為9μm～20μm。

上述鋰離子電池正極活性材料的制備方法中，采用噴霧分散法將包覆溶液與正極活性物質混合，洗滌后烘干混合物，再在惰性氣體氛圍內于400～600℃進行燒結熱處理。

上述鋰離子電池正極活性材料的制備方法中，所述有機溶液為葡萄糖溶液，所述葡萄糖溶液的質量比濃度為10～40％，所述金屬或半金屬離子溶液為Al³⁺離子溶液，所述Al³⁺離子溶液的質量比濃度為5～40％。

本發明提出的這種鋰離子電池的正極活性材料包括正極活性物質和表面包覆膜，所述表面包覆膜的組成成分包括碳、以及金屬或非金屬氧化物。

優選的，所述正極活性物質為LiCoO₂，所述金屬或非金屬氧化物為Al₂O₃。

本發明提出的這種鋰離子電池的制備方法包括以下步驟：1)正極配料：將正極活性材料、正極導電劑、正極粘結劑與正極溶劑混合攪拌均勻，制成正極漿料，其中，所述正極活性材料采用以上所述的鋰離子電池正極活性材料制備方法制備；2)負極配料：將負極材料、負極導電劑、負極粘合劑與負極溶劑混合攪拌均勻，制成負極漿料；3)涂覆：將正極漿料涂覆在正極集流體上，干燥，制成正極片；將負極漿料涂覆在負極集流體上，干燥，制成負極片；4)裝配：將正極片、隔膜和負極片疊置或卷繞后裝入電池外殼中，注入配置好的電解液后電芯封口。