[發明專利]一種超快充鋰離子電池用正極及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201810936859.1
• 申請日: 2018-08-16
• 公開（公告）號: CN108987672B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 焦蕾;胡世勇;張志偉;侯保輝
• 申請（專利權）人: 寧波瞬能科技有限公司
• 主分類號: H01M4/131
• 分類號: H01M4/131;H01M4/1391;H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/58;H01M10/0525;H01M10/0587
• 代理公司: 寧波市鄞州盛飛專利代理事務所(特殊普通合伙) 33243
• 代理人: 洪珊珊

本發明涉及一種超快充鋰離子電池用正極及其制備方法，屬于鋰離子電池領域。一種超快充鋰離子電池用正極，所述的正極包括正極活性材料、導電劑、粘結劑，正極活性材料、導電炭黑、粘結劑的質量百分比分別占正極材料總質量的84～96％、2～8％、2～8％，其中所述的正極活性材料為鎳鈷錳酸鋰(NCM)、磷酸鐵鋰(LFP)、活性炭、鎳酸鋰(Li₂NiO₂)中的一種或多種。本發明充分利用不同儲能材料的工作區間，最大化平衡其容量與壽命之間的平衡特性；在嵌鋰過程無需金屬鋰的使用，確保了超快充鋰離子電池制造過程的高安全性與低成本化。

技術領域

本發明涉及一種超快充鋰離子電池用正極及其制備方法，以及用該電極制得的超快充鋰離子電池和超快充鋰離子電池的制備方法，屬于鋰離子電池領域。

背景技術

作為一種兼具雙電層電容器高功率密度與長循環壽命，鋰離子電池高能量密度與荷電保持能力的新型儲能器件，超快充鋰離子電池自誕生起便成為了超級電容器與鋰離子電池領域的重點研究與發展方向。一般情況下，鋰離子電池是選用石墨類炭材料作儲能負極，金屬鋰化物作儲能正極，利用兩者之間的電勢差來實現4.2～2.2V之間的高電壓區間工作。但是實際生產過程，現有體系條件下，為了追求電池的高功率密度，常常通過采用降低電極厚度、提高電極內部導電劑含量的方式。此時，對于電池而言，最大也僅能將其最大充放電功率提升至3C左右，離國家規定的10～15C以上超高功率要求仍然存在不小的差距。

目前，市場上為了追求超高功率，以結合鋰離子電池與超級電容器雙重特性的大容量型鋰離子電容器成為了超快充鋰離子電池的重點發展方向，主要以日本JM Eenrgy公司生產的3.8V/2200F和3.8V/3300F兩種商品化產品為代表，由于使用“金屬鋰箔”的工藝特點使得該類型電容器能量密度常常保持在12-15Wh/kg，功率密度維持在5-13kW/kg，相對于雙電層電容器的3-10Wh/kg實現了20-50％左右的提升，但與現有動力型鋰離子電池(120-180Wh/kg)相比仍存在較大的差距，難以實現市場領域的快速切入。

專利CN105405668A和CN105513827A報道了以錳酸鋰(LiMn₂O₄，LMO)、三元材料(NCM)、活性炭(AC)復合材料為正極，鈦酸鋰(Li₄Ti₅O₁₂)、活性炭(AC)復合材料為負極的高比能型電池電容器，為電容器能量密度的提升提供全新的一種解決方案。專利CN105047428A提及了一種以富鋰金屬氧化物Li₂NiO₃、Li₂MoO₃為鋰源的新型“預嵌鋰”方式，有效的解決了鋰離子電容器制備過程的“金屬鋰箔”使用問題。綜合上述專利情況，前者體系仍然存在功率密度不足，器件主要表現為電池特性，后者能量密度受限的不足，無法同時滿足高能量(40-60Wh/kg)、高功率(5-10kW/kg)以及長壽命(大于1萬次)的新型儲能器件要求。

發明內容

本發明的目的在于解決現有鋰離子電池功率密度低，鋰離子電容器能量密度偏不足，預嵌鋰過程復雜，生產成本高等方面的問題，提供一種低成本、低安全系數的超快充鋰離子電池用正極。

為達到上述發明目的，本發明包括以下技術方案：一種超快充鋰離子電池用正極，所述的正極包括正極活性材料、導電劑、粘結劑，正極活性材料、導電炭黑、粘結劑的質量百分比分別占正極材料總質量的84～96％、2～8％、2～8％，其中所述的正極活性材料為鎳鈷錳酸鋰(NCM)、磷酸鐵鋰(LFP)、活性炭、鎳酸鋰(Li₂NiO₂)中的一種或多種。

作為優選，所述的正極活性材料為鎳鈷錳酸鋰(NCM)、磷酸鐵鋰(LFP)、活性炭、鎳酸鋰(Li₂NiO₂)的混合物。