[發(fā)明專利]一種鋰離子正極涂層及鋰離子電池

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201911046281.3
• 申請日: 2019-10-30
• 公開（公告）號: CN110911644A
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 歐瑞先;朱燕飛;黃國文;黃延新;韋麗娟
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市卓能新能源股份有限公司
• 主分類號: H01M4/136
• 分類號: H01M4/136;H01M4/58;H01M4/62;H01M4/1397;H01M4/04;H01M10/0525;H01M10/0587
• 代理公司: 廣州市越秀區(qū)哲力專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 44288
• 代理人: 雷興領(lǐng)

本發(fā)明公開了一種鋰離子正極涂層及鋰離子電池，鋰離子正極涂層的正極活性物質(zhì)選用改性后的磷酸鐵鋰材料，通過摻雜錳、鈷、鎳等元素，降低了磷酸鐵鋰自身的阻抗，提升了磷酸鐵鋰的電子導(dǎo)電能力和鋰離子導(dǎo)電能力，在低溫條件下實現(xiàn)鋰離子自由快速遷移；導(dǎo)電粘結(jié)劑均勻地分散于正極活性物質(zhì)之間、正極活性物質(zhì)與集流體之間，起到粘結(jié)作用；導(dǎo)電粘結(jié)劑具有羧酸鋰和羥基鋰官能團(tuán)，因而具備導(dǎo)電能力；導(dǎo)電粘結(jié)劑與導(dǎo)電材料先行超聲混合充分均勻，提升導(dǎo)電能力；并與勻漿過程加入的導(dǎo)電劑協(xié)同作用，形成完整、密集的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，降低鋰離子正極涂層的電阻，有利于提升以涂覆有鋰離子正極涂層的鋰離子電池正極片為正極的鋰離子電池的低溫放電性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子二次電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子正極涂層及鋰離子電池。

背景技術(shù)

鋰離子電池因具有能量密度高、小巧輕便、循環(huán)壽命長、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點，已經(jīng)在消費類電子產(chǎn)品、電動汽車產(chǎn)品中取得廣泛應(yīng)用。

但是由于鋰離子電池對使用溫度極為敏感，在低于0℃的環(huán)境下，鋰離子電池的電池放電容量大幅度降低，所以限制了其在北方地區(qū)的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供鋰離子正極涂層及鋰離子電池，能提高鋰離子電池在低溫環(huán)境下的放電容量，滿足北方市場的需求。

本發(fā)明的目的采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種鋰離子正極涂層，由重量百分比計的以下組分組成：2-6wt％的導(dǎo)電粘結(jié)劑、0.5-6wt％的導(dǎo)電劑和補(bǔ)足100％的正極活性物質(zhì)；其中，正極活性物質(zhì)的的分子式為LiM_xFe_(1-x)PO₄，其中，M為Ni、Co和Mn中的一種或幾種，x＝0.04-0.3，較優(yōu)值為0.05-0.25；導(dǎo)電粘結(jié)劑為丙烯酸類多元共聚物和導(dǎo)電材料的混合乳液，所述丙烯酸類多元共聚物的結(jié)構(gòu)為鏈狀結(jié)構(gòu)，鏈狀結(jié)構(gòu)上連接有含鋰官能團(tuán)，導(dǎo)電材料包括導(dǎo)電石墨、導(dǎo)電炭黑、SP、乙炔黑、碳納米管、VGCF和石墨烯中的一種或幾種；導(dǎo)電劑包括導(dǎo)電石墨、導(dǎo)電炭黑、SP、乙炔黑、碳納米管、VGCF和石墨烯中的一種或幾種。

具體地，磷酸鐵鋰通過摻雜錳、鈷和鎳等元素，錳、鈷和鎳元素進(jìn)入到磷酸鐵鋰晶體的內(nèi)部，部分還取代了鐵的位置，提高了晶體的電導(dǎo)率，從而降低了磷酸鐵鋰自身的阻抗，提升了磷酸鐵鋰的電子導(dǎo)電能力和鋰離子導(dǎo)電能力，從而提高了電子和鋰離子的擴(kuò)散速度，在低溫條件下實現(xiàn)鋰離子自由快速遷移，完成充放電過程。丙烯酸多元類共聚物屬于有機(jī)高分子酯類物質(zhì)，由其單體丙烯酸通過聚合反應(yīng)制得。

常規(guī)的粘結(jié)劑為聚偏二氟乙烯(PVDF)，不具備導(dǎo)電性。丙烯酸類多元共聚物起到粘結(jié)、導(dǎo)電作用。丙烯酸類多元共聚物分子量高，提供優(yōu)良的粘結(jié)能力，能將正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑與集流體穩(wěn)定地粘結(jié)成整體，保持鋰離子正極涂層、鋰離子電池正極片的結(jié)構(gòu)完整。由于其官能團(tuán)含鋰，該含鋰官能團(tuán)具有導(dǎo)電能力，使鋰離子正極粘結(jié)劑具備傳導(dǎo)電子及傳導(dǎo)鋰離子的能力，極大地降低了鋰離子正極涂層的電阻，進(jìn)而降低涂覆有該鋰離子正極涂層的鋰離子電池正極片在低溫下的阻抗。導(dǎo)電材料一般為粒徑極小(納米級)的顆粒，在制備正極漿料中極易發(fā)生團(tuán)聚，從而在正極漿料中分布不均勻，不利于降低鋰離子正極涂層的阻抗。先將丙烯酸類多元共聚物與導(dǎo)電材料超聲混合后，導(dǎo)電材料充分利用了粘結(jié)劑的鏈狀結(jié)構(gòu)，均勻分布在丙烯酸類多元共聚物的鏈條上，因此其分散效果更佳；此時再引入正極活性物質(zhì)進(jìn)行制漿攪拌，極其有效地避免了導(dǎo)電材料顆粒的團(tuán)聚，增強(qiáng)了涂覆有該鋰離子正極涂層的正極片的導(dǎo)電能力，降低了正極片低溫環(huán)境下的阻抗，從而達(dá)到提升鋰離子電池低溫性能的目的。為降低鋰離子正極涂層的阻抗和增強(qiáng)導(dǎo)電能力，通常在制備過程還會加入導(dǎo)電劑。

進(jìn)一步，所述含鋰官能團(tuán)包括羧酸鋰和/或羥基鋰。丙烯酸類多元共聚物的單體為丙烯酸。丙烯酸本身具有碳碳雙鍵、羧基(-COOH)和羥基(-OH)官能團(tuán)，上述官能團(tuán)經(jīng)過鋰化反應(yīng)即生成羧酸鋰和羥基鋰。