[發(fā)明專利]一種鋰離子二次電池及其正極片

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210204927.8
• 申請日: 2012-06-20
• 公開（公告）號: CN102723459A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 譚欣欣;柳娜;陳杰;阮丁山
• 申請（專利權(quán)）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
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 曹玉平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰離子二次電池及其正極片。?

背景技術(shù)

采用鋁塑復(fù)合薄膜作為外包裝的鋰離子二次電池具有高能量密度、優(yōu)異的安全性能、大容量單體和環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)；并且由于其薄、輕和形狀可變的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品的小型化、輕質(zhì)化和空間最大利用化，因此其在移動電話、筆記本電腦、無線耳機(jī)、藍(lán)牙設(shè)備、MP3、MP4和手表等便攜式設(shè)備中的應(yīng)用越來越廣泛。另外，該鋰離子電池還可以作為滑板車（Scooter）和電動汽車等的電源而倍受矚目。?

正極材料是制約鋰離子電池性價(jià)比的關(guān)鍵材料之一。目前商業(yè)上廣泛使用的正極材料為LiCoO₂，由該材料組成的正極膜片其壓實(shí)密度能達(dá)到4.1g/cm³，且具有放電電壓平臺高、首次效率高以及循環(huán)性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，但是，該正極材料實(shí)際比容量較低，僅為140mh/g左右，盡管將充電截止電壓提升至4.4V時(shí)容量能達(dá)到170mh/g，但是較高的充電截止電壓將會導(dǎo)致LiCoO₂結(jié)構(gòu)破壞、金屬鈷的溶出，從而惡化電池的高溫存儲以及循環(huán)性能，同時(shí)將會帶來嚴(yán)重的安全隱患。如何在保障電池的安全性能的前提下，通過優(yōu)化正極活性物質(zhì)來進(jìn)一步提升鋰離子電池的能量密度是許多企業(yè)以及科研工作者一直努力的方向。?

目前，進(jìn)一步提升克容量的研究主要集中在具有層狀特性且鎳含量較高(Ni≥0.5mol)的鎳基材料方面。同LiCoO₂相比，鎳基材料具有如下優(yōu)點(diǎn)：4.2V下，實(shí)際比容量可高達(dá)150～210mh/g，明顯高于LiCoO₂；鎳資源相對豐富、價(jià)格低廉、且對環(huán)境無污染，因此，近年來鎳基材料倍受關(guān)注，但其實(shí)際壓實(shí)密度僅為3.6g/cm³、放電電壓平臺較低且材料自身也存在一定的缺陷：在LiNiO₂的合成過程中，由于Ni²⁺較難氧化成Ni³⁺，合成時(shí)Ni²⁺的生成不可避免。當(dāng)LiNiO₂中存在Ni²⁺時(shí)，部分的Ni²⁺取代Ni³⁺的位置，使得陽離子電荷降低，為了保持電荷平衡，部分Ni²⁺將占據(jù)Li⁺的位置，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)活性氧的脫出和游離鋰離子數(shù)量的增加(下述反應(yīng)(1))，脫出的活性氧進(jìn)一步與空氣中的CO₂和H₂O發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生CO₃^2-和OH^-，生成的CO₃^2-和OH^-與反應(yīng)(1)中生成的活性Li⁺繼續(xù)反應(yīng)生成Li₂CO₃、LiHCO₃和LiOH雜質(zhì)(下述反應(yīng)(2)和(3))，即使在室溫下，仍會有Li⁺脫嵌在材料表面形成Li₂CO₃。Matsumoto等(J.?Power?Sources,?1999,?81-82:?558～591)的研究表明：LiNi_0.81Co_0.16Al_0.03O₂在常溫、相對濕度為55%的空氣中放置時(shí)，轉(zhuǎn)化為Li₂CO₃的量(x%)與其在空氣中放置的時(shí)間的平方根成正比；另一方面，Li雜質(zhì)(Li₂CO₃、LiHCO₃和LiOH)的生成將導(dǎo)致材料表面pH升高，水含量也相應(yīng)增大，導(dǎo)致在漿料制備過程中容易發(fā)生凝膠。?

具體的反應(yīng)式如下所示：?

其中，O^2-_(active)為活性O(shè)^2-;??Li⁺_(active)?為活性Li⁺。