[發(fā)明專利]一種鋰離子電池

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410542073.3
• 申請日: 2014-10-14
• 公開（公告）號: CN104362346A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高潮;王升威;陳杰;駱福平;鄭強;申紅光
• 申請（專利權(quán)）人: 東莞新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;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: 羅偉平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有高能量密度和大倍率充放電特性的鋰離子電池。

背景技術(shù)

鋰離子電池作為一種清潔環(huán)保的功能元件，目前已經(jīng)在越來越多的領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用，例如，在消費電子產(chǎn)品領(lǐng)域、電動車領(lǐng)域、儲能系統(tǒng)領(lǐng)域以及最近新興的平衡車領(lǐng)域等。

其中，人們常用的消費電子產(chǎn)品，如手機和筆記本電腦等使用功率越來越大，因此它們對鋰離子電池的續(xù)航能力要求也越來越大。鋰離子電池的續(xù)航能力主要體現(xiàn)在其能量密度以及充電速度兩個方面。目前，鋰離子電池的能量密度的提升已日益艱難，而拓展鋰離子電池的充電速度，縮短單位電量的充電時間是增強續(xù)航能力的有效途徑。

提高鋰離子電池的充電速度可從改善充電方法、改善電池化學(xué)體系和改善電池結(jié)構(gòu)等方面進行。至今已有諸多專利或?qū)＠暾埞_了改變充電方法以提升充電速度的技術(shù)方案，但關(guān)于可快充的電池化學(xué)體系，尤其是涉及高能量密度的可快充的電池化學(xué)體系的報道較少。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種在保證膜片不脫膜的前提下，既可以提高電池的能量密度，又可以提高其大倍率充放電特性的鋰離子電池。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種鋰離子電池，包括正極片、負極片、間隔設(shè)置于所述正極片和所述負極片之間的隔離膜，以及電解液，所述正極片包括正極集流體和設(shè)置于所述正極集流體表面的正極活性物質(zhì)層，按質(zhì)量百分比計，所述正極活性物質(zhì)層包括如下組分：

正極活性物質(zhì)98.1％～99.8％；

正極導(dǎo)電劑0.1％～1％；

正極粘接劑0.1％～1％；

所述正極導(dǎo)電劑為碳纖維、碳納米管、碳納米棒和石墨烯中的至少一種，或者為碳纖維、碳納米管、碳納米棒、磷狀石墨、石墨烯中的至少一種與炭黑的混合物。這些正極導(dǎo)電劑中，碳纖維、碳納米管、碳納米棒均為一維材料，磷狀石墨和石墨烯均為二維材料，炭黑為零維材料。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果：

首先，使用一維/二維導(dǎo)電材料或一維/二維導(dǎo)電材料與零維材料炭黑混用作為導(dǎo)電劑，可以更好地串聯(lián)正極活性物質(zhì)顆粒，導(dǎo)電效果更佳，從而可以降低導(dǎo)電劑的含量，同時，這些導(dǎo)電劑還起到類似粘結(jié)劑的作用，一維/二維導(dǎo)電劑的尺寸比活性物質(zhì)顆粒的直徑大很多，可起到一定束縛作用，二維導(dǎo)電劑則可直接包裹多個活性顆粒，類似于粘結(jié)劑從而可以適當降低粘接劑的含量，提高正極活性物質(zhì)含量，進而提升能量密度。

其次，由于粘接劑為非導(dǎo)電性高分子物質(zhì)，其包覆在正極活性物質(zhì)表面可以起到連接相鄰的顆粒的作用，但是如此就阻礙了導(dǎo)電劑的電子傳導(dǎo)，對電極的動力學(xué)影響較大，因此，降低粘接劑的含量可較大程度地提升倍率性能，具體而言，降低粘接劑的含量可改善正極電子電導(dǎo)以及正極的脫嵌鋰動力學(xué)性能，降低極化，增大充電過程的恒流時間，從而提升充電速度。但是，粘接劑的含量又不能太小，否則正極膜片容易脫膜。實踐證明，本發(fā)明中，正極粘接劑的含量在0.1％～1％之內(nèi)是可以保證正極膜片不發(fā)生脫膜的。

再次，包覆在正極活性顆粒表面的粘接劑屬于離子導(dǎo)體，但不導(dǎo)電子，而導(dǎo)電劑則屬電子導(dǎo)體，但不導(dǎo)離子。一維/二維導(dǎo)電材料或一維/二維導(dǎo)電材料與零維材料炭黑混用作為導(dǎo)電劑加入后，與粘接劑交互連結(jié)成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，這個導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)不僅是離子導(dǎo)體也是電子導(dǎo)體，可大幅增加電子轉(zhuǎn)移的活性位點，同時也提供了鋰離子在電極表面嵌入脫出的導(dǎo)電通道。如此可大大提升電芯的倍率性能。

總而言之，本發(fā)明通過巧妙地選擇合理的配方和適合的導(dǎo)電劑，可以在保證膜片不脫膜的前提下，既提高電池的能量密度，又提高電池的大倍率充放電特性(即大倍率循環(huán)性能)和充電速度。

作為本發(fā)明鋰離子電池的一種改進，所述負極片包括負極集流體和設(shè)置于所述負極集流體表面的負極活性物質(zhì)層，按質(zhì)量百分比計，所述負極活性物質(zhì)層包括如下組分：

負極活性物質(zhì)80％～97％；

負極導(dǎo)電劑1％～18％；

負極粘接劑1％～18％；

負極穩(wěn)定劑1％～18％。

作為本發(fā)明鋰離子電池的一種改進，所述正極活性物質(zhì)為鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰、鎳酸鋰和磷酸鐵鋰中的至少一種。

作為本發(fā)明鋰離子電池的一種改進，所述正極活性物質(zhì)摻雜有質(zhì)量占活性物質(zhì)的重量百分比為0.1％-1％的金屬元素，所述金屬元素選自Mg、Zr、Ti、Zn、V和Cr中的至少一種。在正極活性物質(zhì)內(nèi)摻雜金屬元素可以提高其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。