[發(fā)明專利]鋰離子電池及其陰極片

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610942960.9
• 申請(qǐng)日: 2016-10-26
• 公開（公告）號(hào): CN107994206B
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李星;張小文;來佑磊;金海族
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寧德時(shí)代新能源科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/13
• 分類號(hào): H01M4/13;H01M4/131;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 王基才

本發(fā)明公開了一種鋰離子電池陰極片，包括陰極集流體，設(shè)置在陰極集流體上的富活性物質(zhì)層，以及設(shè)置在富活性物質(zhì)層上的貧活性物質(zhì)層，其中，富活性物質(zhì)層包含第一活性物質(zhì)、第一導(dǎo)電劑和第一粘結(jié)劑，貧活性物質(zhì)層包含第二活性物質(zhì)、第二導(dǎo)電劑和第二粘結(jié)劑，貧活性物質(zhì)層中第二活性物質(zhì)的質(zhì)量百分含量低于富活性物質(zhì)層中第一活性物質(zhì)的質(zhì)量百分含量，第二導(dǎo)電劑為多孔碳材料。本發(fā)明鋰離子電池陰極片可減少電池循環(huán)過程中過渡金屬溶解到電解液并擴(kuò)散到陽極表面的現(xiàn)象，從而減少過渡金屬對(duì)陽極SEI膜的破壞，且不會(huì)對(duì)鋰離子電池的能量密度造成明顯的影響，并對(duì)鋰離子電池的循環(huán)性能有明顯的改善作用，延長了鋰離子電池的使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種鋰離子電池及其陰極片。

背景技術(shù)

近年來，鋰離子電池得到了迅速發(fā)展，同時(shí)對(duì)其要求也越來越高。鋰離子電池一般需要滿足以下特點(diǎn)：(1)高能量和高功率密度(其中HEV混合動(dòng)力汽車對(duì)功率要求更高，儲(chǔ)能電池對(duì)功率要求稍低)；(2)工作溫度范圍寬，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)；(3)長的循環(huán)壽命及使用年限；(4)突出的安全可靠性。

對(duì)于含有過渡金屬的鋰離子電池，在循環(huán)過程中，電解液中導(dǎo)電鹽LiPF₆會(huì)發(fā)生分解，形成LiF和PF₅，PF₅會(huì)與電解液中殘余微量水發(fā)生水解反應(yīng)，產(chǎn)生HF，受酸性氣體和自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，陰極材料中的過渡金屬離子容易溶解到電解液中，隨循環(huán)擴(kuò)散到陽極并在陽極極片的表面催化SEI膜的分解，影響SEI膜的穩(wěn)定性，加速活性鋰的消耗，同時(shí)還會(huì)引發(fā)其它的副反應(yīng)，從而加速電池的容量衰減。

例如，對(duì)于含有過渡金屬M(fèi)n的鋰離子電池，在充放電過程中，Mn的價(jià)態(tài)從+3到+4價(jià)變化，易產(chǎn)生Jahn-Teller效應(yīng)，發(fā)生晶格畸變并導(dǎo)致體積收縮或膨脹，使得結(jié)構(gòu)變得不穩(wěn)定而塌陷。在高溫下，特別在高電壓體系中，電解液中痕量的HF會(huì)造成Mn²⁺的溶出，造成尖晶石結(jié)構(gòu)的破壞，極大地加速了電池容量的衰減,其化學(xué)反應(yīng)式如下：4HF+2LiMn₂O₄→3γ-MnO₂+MnF₂+2LiF+2H₂O。

已有研究表明：金屬M(fèi)n在陽極表面的沉積會(huì)影響Li的嵌入與脫出；且隨著循環(huán)的進(jìn)行，在陽極材料表面能夠檢測(cè)到更多的Mn，Mn在陽極與SEI膜發(fā)生反應(yīng)，破壞SEI膜的穩(wěn)定性，增加陽極的阻抗，加快鋰離子電池的容量損失。

因此，現(xiàn)有的NCM(鎳鈷錳酸鋰三元材料)、NCA(鎳鈷鋁酸鋰三元材料)、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、富鋰錳基材料等鋰離子電池在循環(huán)過程中，陽極材料表面不斷的發(fā)生一些副反應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生一些酸性氣體，擴(kuò)散到陰極，會(huì)致使一些過渡金屬溶解。另外，在不斷的充放電過程中，陰極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性變差，也會(huì)造成一部分過渡金屬溶出。溶出的過渡金屬擴(kuò)散到陽極材料的表面，破壞SEI膜的穩(wěn)定性，增加活性鋰的消耗，加快鋰離子電池容量衰減，最終導(dǎo)致降低電池的循環(huán)壽命。

針對(duì)上述問題，現(xiàn)有技術(shù)中采用的措施多為在活性物質(zhì)層中直接混合具有吸附性的多孔碳作為導(dǎo)電劑，但是多孔碳材料本身具有極強(qiáng)的吸液能力，多孔碳的加入會(huì)降低活性物質(zhì)與集流體之間的粘結(jié)力，從而惡化鋰離子電池的功率性能和安全性能。

有鑒于此，確有必要提供一種能減少過渡金屬擴(kuò)散到陽極，并能改善電池循環(huán)性能的鋰離子電池陰極片。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的發(fā)明目的在于：提供一種鋰離子電池及其陰極片，其可以減少過渡金屬擴(kuò)散到陽極，并能改善電池的循環(huán)性能。