[發明專利]鋰離子電池正極材料、正極制備方法及鋰離子電池

有效

• 申請號: 201310073175.0
• 申請日: 2013-03-07
• 公開（公告）號: CN103199258A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 宮嬌嬌;孫曉賓;陳平娜;梁雅明
• 申請（專利權）人: 中航鋰電（洛陽）有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/139;H01M10/0525
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 牛愛周

技術領域

本發明涉及鋰離子二次電池，具體涉及鋰離子電池正極材料及正極的制備方法，以及采用該正極材料的鋰離子電池，屬于能源材料技術領域。

背景技術

鋰離子二次電池作為新型的可循環使用的綠色能源，具有工作電壓高、比能量高、循環壽命長、工作范圍寬、安全性能好、無記憶效應等優點，在近年來迅速發展的便攜式電子產品、電動車輛、國防軍事裝備的電源系統，以及光伏儲能、儲能調峰電站、不間斷電源等眾多領域具有廣泛的應用前途。

目前，商品化鋰電池正極以鈷酸鋰為主，但是其合成方法昂貴、污染環境、高溫熱穩定性差、易產生副反應等極大程度上限制了該材料的大規模應用，是限制鋰離子電池發展的關鍵技術之一。在相繼出現的眾多鋰電池正極材料中，橄欖石型磷酸鐵鋰具有相對較高的比容量（170mAh/g）、穩定的工作電壓（3.5V）和較好的循環壽命，并且其原料豐富、價格低廉、熱穩定性和化學穩定性好、對環境友好，是目前國內外極具發展前景的綠色正極材料之一。然而，磷酸鐵鋰材料也存在導電率低、鋰離子擴散系數小等缺點，影響了材料的利用率，阻礙了其實際應用。

當前，改善磷酸鐵鋰材料性能的方法主要包括在材料表面包覆碳和摻雜金屬離子以提高導電性，另外還包括將磷酸鐵鋰納米化以改善鋰離子的擴散通道。在制備納米磷酸鐵鋰的方法中，只有合成納米顆粒才不至損失電池的理論比容量，有利于削弱極化、減小電阻、改善放電能力，從而提高磷酸鐵鋰電池的性能。納米磷酸鐵鋰相對于普通材料具有以下優勢：（1）具有高比表面積，能增大反應界面，提供更多的擴散通道；（2）理論儲鋰量高；（3）粒度小，離子擴散路徑短，具有良好的動力學和低溫性能；（4）納米化抑制了電極材料的不可逆相變，有利于提高電池循環性能。目前在鋰電池領域引起了廣泛的關注。

然而，將磷酸鐵鋰材料納米化后，由于顆粒粒徑減小，表面能高導致其在分散介質特別是水系中納米顆粒容易發生團聚，合漿和涂布等關鍵的工藝難度很大，磷酸鐵鋰材料的性能難以發揮，極大的限制了納米磷酸鐵鋰正極材料的規模化應用。中國專利（公告號：CN101950805A）公開了一種納米磷酸鐵鋰材料的調漿方法，先將物料混合后采用行星式攪拌機常壓攪拌，再采用管線式乳化機使漿料全部通過，最后采用行星式攪拌機第二次常壓攪拌，以實現納米磷酸鐵鋰均勻分散，該方法步驟繁瑣，生產效率低。中國專利（公告號：CN101937990A）采用機械攪拌的方法制備得到一種油系納米磷酸鐵鋰漿料，但該方法中機械分散設備昂貴，只有在一定的區域內能量足夠高，能實現納米顆粒均勻分散，而靜置后漿料容易沉降，并且剪切速度提到一定限度就會對材料造成損害，導致顆粒破損，影響電池性能的發揮。中國專利（公布號：CN102376980A）公開了一種油系無碳磷酸鐵鋰電池的制備方法，通過機械方法將磷酸鐵鋰等活性物質研磨至5微米以下，該方法所需要的設備昂貴，易對環境產生污染，且后期處理得到的納米級無碳磷酸鐵鋰電化學性能遠低于目前已經商品化的碳包覆納米磷酸鐵鋰，生產成本較高。

發明內容

本發明的目的是提供一種鋰離子電池正極材料。

同時，本發明還提供一種鋰離子電池正極的制備方法。

再者，本發明還提供一種采用上述正極材料的鋰離子電池。

為了實現以上目的，本發明所采用的技術方案是：

鋰離子電池正極材料，包括正極活性物質、輔助分散劑、混合導電劑、粘結劑和溶劑，所述正極活性物質、輔助分散劑、混合導電劑、粘結劑、溶劑的重量份比為（87～92）:（0.5～2.0）:（2～8）:（3～7）:（60～85）。

所述的正極活性物質為納米磷酸鐵鋰、納米錳酸鋰、納米鈷酸鋰中的一種。

所述的輔助分散劑為聚陰離子型高分子聚合物，為聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、曲拉通x-100、聚苯乙烯磺酸鈉中的一種。加入上述分散劑后可以改善納米材料表面性能，抑制團聚提高正極活性物質分散均勻性。

所述的混合導電劑為二元或三元復合導電劑，固定組分為碳納米管，添加組分為納米碳導電劑，納米碳導電劑為導電石墨、爐黑、科琴黑、導電炭黑、氣相生長碳纖維（VGCF）、乙炔黑中的一種或兩種，其中，混合導電劑的固定組分與添加組分的重量份比為1:0.3～1:4.5。利用不同碳導電劑之間的協同效應，可改善極片導電性，降低電池內阻，提高電池電化學性能。

所述的粘結劑為L132、丁苯橡膠（SBR）、羧甲基纖維素鈉（CMC）中的一種。采用所述粘結劑能提高極片附著力，降低電池內阻。

所述的溶劑為去離子水。