[發明專利]鋰離子二次電池及其正極材料

無效

• 申請號: 201110358706.1
• 申請日: 2011-11-14
• 公開（公告）號: CN102376939A
• 公開（公告）日: 2012-03-14
• 發明（設計）人: 姚萬浩
• 申請（專利權）人: 東莞新能源科技有限公司;寧德新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/131
• 分類號: H01M4/131;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 曹玉平

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，更具體地說，本發明涉及具有高安全性能的鋰離子二次電池及其具有核殼結構的正極材料。

背景技術

當前，與鋰離子電池在3C消費品和電動汽車等領域具有月來越廣闊的市場前景。但是，如果鋰離子電池在過充電、過放電或短路情況下，電池內部的溫度就會升高，當溫度超過隔離膜的熔點(130℃左右)，隔離膜就會熔化，從而使得電池的正負極短路，電池溫度會繼續升高，從而發生熱失控，電池就有可能會起火或爆炸。

為了改善鋰離子電池安全性能，在電池內部設置一些部件：電流切斷器(CID)或保險絲(Fuse)。一般來講，當鋰離子電池內的溫度上升時，內部會產生氣體，當內部氣壓上升到一定程度，CID就會起作用將電流切斷。而保險絲的作用是當鋰離子電池內部有較大電流通過時，保險絲會產熱而熔斷，從而切斷電流。但是如果電池殼體受到損壞，就不能保證CID能起作用。而將保險絲設置在高容量低內阻的電池中，會對電池的內阻有很大影響。

此外，在CN200410080958.2專利中，在正極集流體和正極的材料之間或負極集流體和負極的材料之間設置一層有電阻的溫度系數為正的PTC(正溫度系數)材料，這樣在一定程度上可以改善電池的安全性能，但由于正極材料和負極材料層上沒有PTC材料的保護，當隔離膜融化時，仍有熱失控的危險。在WO2010064755A1專利中，采用核殼結構的負極石墨，其中石墨的殼體是具有電阻的溫度系數為正的PTC材料，這雖然也能改善電池的安全性能，但由于PTC是在石墨表面，有可能會影響電池的充電性能，使之有析鋰風險。

有鑒于此，確有必要提供一種高安全性能的鋰離子二次電池。

發明內容

本發明的目的在于：針對現有技術的不足，而提供一種較高安全性的鋰離子二次電池正極材料。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種鋰離子電池正極材料，其包括由鋰金屬氧化物形成的核，以及由含有導電劑并具有PTC(正溫度系數)特性的高分子聚合物形成的殼組成，所述高分子聚合物占總正極材料的重量比重為0.1～5％，若高分子聚合物占總正極材料的重量比重小于0.1％，由于具有PTC特性的高分子聚合物的量太少，不能很好的保證電池的安全；若高分子聚合物占總正極材料的重量比重大于5％，則由于具有PTC特性的高分子聚合物形成的殼層太厚，不利于鋰離子的流通，會使鋰離子電池的循環性能和容量特性等降低。而在高分子聚合物中加入導電劑，是為了使采用此種正極材料所制成的鋰離子電池在正常操作時，具有較好功率性能和大電流放電特性。

作為本發明鋰離子電池正極材料的一種改進，所述高分子聚合物占總正極材料的重量比重為1％～4％。

作為本發明鋰離子電池正極材料的一種改進，所述高分子聚合物占總正極材料的重量比重為3％。

作為本發明鋰離子電池正極材料的一種改進，所述高分子聚合物的熔點為85～150℃。在電池被誤用或過充電時，由于具有正溫度系數的高分子聚合物的電阻能隨溫度上升而急劇增加，從而中斷電流，因此使用該正極材料的鋰離子電池能夠避免熱失控造成的起火或爆炸的危險。一般地，高分子聚合物PTC的電阻在高于其熔點時會突然增加。若選擇聚合物的熔點低于85℃，當鋰離子電池進行充電或放電時其內部的溫度有可能會上升到接近85℃，若聚合物PTC的電阻值在低于85℃增高，則會影響電池的正常充放電。此外，若選擇聚合物的熔點高于150℃，則電池的電阻在高于150℃才增高，這樣在電阻增高之前，鋰離子電池往往會造成熱失控，就不能確保電池的安全性。

作為本發明鋰離子電池正極材料的一種改進，所述高分子聚合物的熔點為100～130℃。

作為本發明鋰離子電池正極材料的一種改進，所述的鋰金屬氧化物次級粒子為LiCoO₂，LiNiO₂，LiMn₂O₄，Li_aNi_bCo_cMn_dO₂(0.97≤a≤1.07，0＜b＜1，0＜c＜1，0＜d＜1)，Li_aNi_bCo_cAl_dO₂(0.97≤a≤1.07，0＜b＜1，0＜c＜1，0＜d＜1)和LiFePO₄中的至少一種。

作為本發明鋰離子電池正極材料的一種改進，所述導電劑與高分子聚合物的重量比為1∶99～10∶90。