[發(fā)明專利]具有絕緣涂層的電極、其制造方法及含有該電極的鋰電池

有效

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• 申請日: 2013-06-24
• 公開（公告）號: CN104241595A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周小平;羅建海
• 申請（專利權(quán)）人: 微宏動力系統(tǒng)(湖州)有限公司
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M4/139;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于鋰離子二次電池的具有絕緣涂層的電極、其制造方法以及含有該電極的鋰電池。

背景技術(shù)

二次鋰離子電池由于其優(yōu)異的性能，在電子產(chǎn)品、備用電源以及電動汽車等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，隨著應(yīng)用要求的不斷提高，鋰離子電池產(chǎn)品也不斷更新?lián)Q代。在鋰電池使用過程中，電池的安全性始終是一個必須考慮的問題，特別是目前鋰離子電池容量越來越高，使用過程中電流越來越大，電池安全性已經(jīng)成為首要問題。

自從90年代，日本索尼公司首次成功推出商品化的鋰離子電池以來，隨著對電池低成本，高比能量，循環(huán)性能好，高安全性要求的不斷提高，鋰離子電池進入了一個迅速發(fā)展的時期。尤其是電動汽車出現(xiàn)后，對電池的比容量、比能量、循環(huán)性能以及安全性等各方面提出了更高的要求，在電池材料以及電池制作方面有了更多的突破。鈷酸鋰由于其制作工藝簡單，容量高，因此至今為止仍是最主要的鋰離子二次電池正極材料，但是其熱穩(wěn)定性差，抗過充能力弱，導(dǎo)致以鈷酸鋰為正極材料的電池安全性差，因此沒有被用于電動汽車用電池。過渡金屬層狀氧化物L(fēng)iM（M選自Co、Ni和Mn）O₂材料有著較高的工作電壓，在電池能量密度以及大倍率充放電方面有著較強優(yōu)勢而備受矚目，在電動車用電池方面有較廣泛的應(yīng)用。橄欖石結(jié)構(gòu)的LiMPO₄（M選自Co、Ni和Mn）化合物由于有較好的熱穩(wěn)定性以及良好的循環(huán)性能，在車用電池方面也占據(jù)了很大市場。

在負極材料方面，目前主要以石墨和鈦酸鋰為主流材料。石墨材料由于在充放電過程中容易析出鋰枝晶，首次充放電效率較低，與電解液發(fā)生作用，存在電壓滯后等不利因素。鈦酸鋰材料相對于石墨而言，有更好的安全性，大倍率充放電能力強，尤其是其循環(huán)性能非常好，但是其較高的工作電位限制了電池的比容量。從目前電動汽車用電池來看，為了從容量以及安全性作平衡，主要存在三種電池，一種是以橄欖石結(jié)構(gòu)的LiMPO₄（M選自Co、Ni和Mn）化合物為正極材料，石墨作為負極材料，該類電池安全性較好，但是在能量密度以及低溫環(huán)境使用存在一定缺陷；另外一種就是以過渡金屬層狀氧化物L(fēng)iM（M選自Co、Ni和Mn）O₂材料為正極材料，鈦酸鋰為負極材料，這種電池有良好的循環(huán)能力，具備大倍率充放電，但是容量密度較低；第三種就是以過渡金屬層狀氧化物L(fēng)iM（M選自Co、Ni和Mn）O₂材料為正極材料，石墨為負極材料與之匹配，這類電池容量密度較高，電池循環(huán)性能較好，但是安全性還有待進一步提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了提高鋰離子二次電池的安全性能，在負極的活性物質(zhì)涂層表面覆蓋一層絕緣層，提高了電池在使用過程中的的安全性。

本發(fā)明提供了一種用于鋰離子電池的負極，包括負極集流體、結(jié)合在負極集流體上的負極活性物質(zhì)涂層和在負極活性物質(zhì)涂層上的絕緣涂層，該絕緣涂層含有具有導(dǎo)鋰離子能力的玻璃材料。上述具有導(dǎo)鋰離子能力的玻璃材料可以選自SiS₂、P₂S₅、Li₄SiO₄-B₂O₃、Li₂S-SiS₂、Li₂S-SiS₂-Li₄SiO₄和Li₂O-P₂O₅-B₂O₃等中的至少一種。

根據(jù)本發(fā)明的目的，上述玻璃材料在絕緣涂層中的含量為20～100wt％。絕緣涂層的厚度為0.1～50μm，優(yōu)選絕緣涂層的厚度為0.1～10μm。

進一步地，絕緣涂層還可以包括具有導(dǎo)鋰離子能力的鋰化合物，具有導(dǎo)鋰離子能力的鋰化合物可以選自磷酸鋰（Li₃PO₄）、磷酸鈦鋰和氮化鋰等中的至少一種。

上述絕緣涂層中還可以包括聚合物，聚合物種類可選用不參與電極反應(yīng)的聚合物，包括常用的油性聚合物，如PVDF、PVDF-HFP、PVDF-CTFE等，也可以使用水性聚合物，如LA133水性電極粘合劑（成都茵地樂電源科技有限公司）等。