[發(fā)明專利]一種鋰離子電池正極及其制備方法以及一種鋰離子電池

無效

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• 申請日: 2010-09-26
• 公開（公告）號: CN102412387A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 夏文強;劉華平
• 申請（專利權(quán)）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: H01M4/131
• 分類號: H01M4/131;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/1391;H01M4/62;H01M10/0525
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，更具體地，涉及一種鋰離子電池正極及其制備方法、以及使用這種正極的鋰離子電池。

背景技術(shù)

隨著電池領(lǐng)域的迅速發(fā)展，人們對各類電源的要求越來越高，其中鋰離子二次電池以其電壓高、重量輕、無記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命長和無環(huán)境污染等諸多的優(yōu)越性能被廣泛使用。鋰離子電池作為一種化學(xué)電源，主要包括：電池殼體、密封在電池殼體內(nèi)的極芯和非水電解液；其中，極芯包括電池正極、負(fù)極和隔膜，正、負(fù)極分別含有能可逆地嵌入和脫出鋰離子的正極活性材料和負(fù)極活性材料。常用的負(fù)極活性材料主要為具有層狀結(jié)構(gòu)的碳材料，如石墨。而常用的正極活性材料主要有鈷酸鋰（LiCoO₂）、鎳酸鋰（LiNiO₂）、尖晶石錳酸鋰LiMn₂O₄、磷酸亞鐵鋰LiFePO₄及它們的改性化合物，例如：LiNi_1-xCo_xO₂?(0<x<1)。

其中，含鎳元素的正極活性材料由于具有很高的容量密度、能量密度以及較高的放電比容量，常常被應(yīng)用于對容量密度要求較高的電池中，如手機電池、筆記本電池等。但是，其在充電狀態(tài)下的分解溫度低，熱穩(wěn)定性差；即當(dāng)電池處于充電態(tài)時，這類材料會脫出鋰離子而產(chǎn)生高價態(tài)的鎳（如Ni⁴⁺），高價態(tài)的鎳具有強氧化性，很容易氧化電解液的有機溶劑并釋放大量的熱而導(dǎo)致電池?zé)崾Э兀瑖?yán)重時會使電池發(fā)生燃燒甚至爆炸，所以使用主要成分含鎳的材料（少量摻雜鎳的材料除外）作為正極活性材料的鋰離子電池，往往都存在安全隱患，在進行電池針刺測試時會發(fā)生燃燒甚至爆炸。

為了提高主要成分含鎳的鋰離子正極活性材料的安全性，人們對其進行了摻雜、包覆等改性，但效果都不明顯，改性后的鎳酸鋰如LiNi_0.80Co_0.15Al_0.05O₂，還是會與電解液接觸并氧化電解液，電池針刺性能測試還是無法達標(biāo)。

為了提高電池的安全性能，中國專利CN2754223Y公開了一種鋰離子電池，這種電池與通常的電池不同之處在于，電池極芯的最外一圈或幾圈設(shè)計為無敷料的空白集流體，這樣電池在針刺過程中，首先刺穿的是極芯的最外一圈或幾圈，短路點為正負(fù)極的空白的鋁箔和銅箔集流體，這樣的短路相當(dāng)于一種外部短路，正負(fù)極板、電解液、隔膜和尾部的集流體形成一個回路，鋰離子是通過電解液和隔膜從負(fù)極遷移到正極的，這樣的短路過程釋放的熱量要比正負(fù)極直接接觸釋放的熱量小很多，而且熱量不會集中在一個點上產(chǎn)生。另外由于鋁箔和銅箔的阻值很小，短路時產(chǎn)生的熱量能及時發(fā)散，電池的溫度和內(nèi)壓增加較小。這種方法可以使電池針刺瞬間發(fā)生短路而均勻地釋放一部分能量，降低針刺后期正負(fù)極直接接觸反應(yīng)的激烈程度和減少局部產(chǎn)生的熱量，從而提高電池的針刺等安全性能。但要達到明顯的效果，需要增加幾圈這樣的空白集流體，這樣空白集流體直接接觸引起的短路時間才足夠長，釋放的能量才足夠多，才不會使針刺到敷料的正負(fù)極時局部產(chǎn)熱過大而發(fā)生熱失控。但是增加過多的空白集流體，會降低電池的空間利用率，降低電池的容量和能量密度，使電池?zé)o法滿足要求；而如果只增加一圈空白集流體，空白集流體直接接觸引起的短路時間太短，電池的針刺性能也無法達標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中存在采用含鎳元素的正極活性材料制作的鋰離子電池正極的熱穩(wěn)定性、安全性能差的技術(shù)問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種鋰離子電池正極,?包括：集流體、以及涂覆于所述集流體上的活性層，其中，所述鋰離子電池正極還包括涂覆于所述活性層上的保護涂層，所述活性層的活性材料選自鎳酸鋰及其改性化合物中的至少一種，所述保護涂層的活性材料選自錳酸鋰及其改性化合物中的至少一種。

本發(fā)明還提供上述鋰離子電池正極的制備方法，包括下述步驟：采用第一漿料對集流體進行第一次涂覆，烘干后得到覆有活性層的電極；然后在所述活性層上采用第二漿料進行第二次涂覆，烘干、壓片后得到所述正極，其中，所述第一漿料中的活性材料選自鎳酸鋰及其改性化合物中的至少一種，所述第二漿料中的活性材料選自錳酸鋰及其改性化合物中的至少一種。

本發(fā)明進一步提供了一種鋰離子電池，包括：電池殼體、密封在電池殼體內(nèi)的極芯和非水電解液；所述極芯包括電池正極、負(fù)極和隔膜；其中，所述正極為如上所述的正極。