[發(fā)明專利]一種動(dòng)力鋰離子電池、其正極片及制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510944223.8
• 申請(qǐng)日: 2015-12-16
• 公開（公告）號(hào): CN105514354A
• 公開（公告）日: 2016-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉嬋;侯敏;周芳;曹輝;王東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海航天電源技術(shù)有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H01M4/131
• 分類號(hào): H01M4/131;H01M4/136;H01M4/1391;H01M4/1397;H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 上海信好專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31249
• 代理人: 張靜潔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池、其正極片及制備方法，具體地，涉及一種動(dòng)力鋰離子 電池、其正極片及制備方法。

背景技術(shù)

隨著全球氣候變暖和霧霾天氣的加劇，電動(dòng)汽車取代燃油汽車的發(fā)展日益迅速， 作為電動(dòng)汽車三電核心部件之一的動(dòng)力電源系統(tǒng)，其性能優(yōu)劣直接影響到了電動(dòng)汽車的性 能表現(xiàn)。鋰離子電池因具備高比能量、高電壓、長(zhǎng)壽命、高低溫性能佳、自放電率低和無(wú)記憶 效應(yīng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，已成為電動(dòng)汽車用動(dòng)力能源的主流選擇。

在新能源汽車領(lǐng)域，續(xù)航能力、使用壽命和安全性能是電動(dòng)汽車最大的競(jìng)爭(zhēng)力所 在，也是消費(fèi)者最為普遍關(guān)心的問題，而在國(guó)家最新公布的《2016年新能源汽車推廣應(yīng)用補(bǔ) 助標(biāo)準(zhǔn)》文件中，政府對(duì)于純電動(dòng)乘用車的補(bǔ)貼額度直接與純電續(xù)駛里程掛鉤，純電續(xù)駛里 程越長(zhǎng)，則補(bǔ)貼額度越高。在市場(chǎng)需求和政策刺激雙方面的驅(qū)動(dòng)下，電動(dòng)汽車廠對(duì)于鋰離子 動(dòng)力電池的能量密度提出了越來(lái)越高的要求。在現(xiàn)有國(guó)內(nèi)新能源汽車動(dòng)力電池供應(yīng)環(huán)節(jié) 中，磷酸鐵鋰體系動(dòng)力電池由于其優(yōu)異的安全性能和成熟的制造技術(shù)，幾乎占據(jù)著整個(gè)市 場(chǎng)；但磷酸鐵鋰材料的實(shí)際比容量?jī)H130～140mAh/g左右，標(biāo)稱電壓僅3.2V，成組用到汽車 后能量密度很難高于100Wh/kg，導(dǎo)致電動(dòng)汽車的續(xù)航里程十分有限，顯然無(wú)法滿足要求，因 此開發(fā)具有高比能量的正極材料體系替代磷酸鐵鋰并開發(fā)相應(yīng)的電池技術(shù)，成為未來(lái)車用 動(dòng)力電池的必然趨勢(shì)。

在可應(yīng)用于鋰離子電池的正極材料中，鎳鈷錳三元材料Li(Ni_xCO_yMn_z)O₂（其中0< x≤0.8，0<y≤0.4，0≤z≤0.4，且x+y+z=1）克容量可達(dá)160mAh/g，標(biāo)稱電壓3.6V以上，可以 制備出能量密度高于180wh/kg的鋰離子動(dòng)力電池，但是該材料在充電態(tài)下的熱穩(wěn)定性不 理想，比如熱重-氣相色譜-質(zhì)譜儀測(cè)試顯示，充電至4.2V的Li(Ni_xCO_yMn_z)O₂（其中0<x≤ 0.8，0<y≤0.4，0≤z≤0.4，且x+y+z=1）三元正極片，在200℃開始失重，250℃溫度往上產(chǎn)生 的氧氣含量明顯增加，這說(shuō)明在較高溫度下，三元材料不穩(wěn)定，易分解析出氧氣；DSC測(cè)試顯 示，充電至4.2V的Li(Ni_xCO_yMn_z)O₂（其中0<x≤0.8，0<y≤0.4，0≤z≤0.4，且x+y+z=1）三元 正極片，在200℃～250℃之間會(huì)釋放出大量熱量，反應(yīng)產(chǎn)物XRD（X射線衍射）測(cè)試顯示有NiO 晶體的存在，這說(shuō)明在較高溫度下，充電態(tài)的三元材料具有很高的氧化活性，在高溫下很不 安全。

采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和工藝方法，將鎳鈷錳三元材料Li(Ni_xCO_yMn_z)O₂（其中0<x≤ 0.8，0<y≤0.4，0≤z≤0.4，且x+y+z=1）和導(dǎo)電劑及粘接劑、分散介質(zhì)混合成均勻的漿料，然 后涂布在鋁箔集流體上，經(jīng)烘烤、輥壓和膜切制成正極片，然后以這樣的正極片制備成的動(dòng) 力鋰離子電池，在遭遇熱濫用、電濫用（如過(guò)充、短路）或機(jī)械濫用(如針刺、擠壓)時(shí)，如果電 池內(nèi)部溫度上升至200℃以上，正極發(fā)生析氧且進(jìn)一步放熱，就極易引起電池的瞬間起火燃 燒和爆炸，從而引發(fā)嚴(yán)重的安全事故，

正極活性材料磷酸鐵鋰LiFePO₄的P-O鍵能高，熱穩(wěn)定性強(qiáng)，電池在過(guò)充和高溫加熱時(shí) 不會(huì)析氧，安全性能優(yōu)異，且充放電時(shí)P-O和Mn-O原子之間的距離變化不大，在充放電過(guò)程 中該材料的體積變化較小，約為6%，變化剛好與碳負(fù)極在充放電過(guò)程所發(fā)生的體積變化相 抵消，因此具有極強(qiáng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和耐疲勞性，循環(huán)壽命超長(zhǎng)。但是磷酸鐵鋰材料的實(shí)際比 容量?jī)H130mAh/g左右，標(biāo)稱電壓僅3.2V，以磷酸鐵鋰材料作為正極體系的動(dòng)力鋰離子電池， 能量密度普遍較低。

鑒于此，有必要提出一種能有效提高動(dòng)力鋰離子電池能量密度，又能充分保證電 池安全性能的設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容