[发明专利]锂离子电池正极材料和含有该材料的正极和锂离子电池

说明书

技术领域

本发明是关于一种锂离子电池正极材料和含有该材料的正极和锂离子电池。

背景技术

锂离子电池具有工作电压高、重量轻、能量密度大、自放电小、循环寿命长、无记忆效应、无环境污染、安全性能好等突出特点，是目前电容量较高的一种便携式理想电池，可应用于摄像机、移动电活、笔记本电脑以及便携式测量仪器等电子装置，也是未来电动汽车、航天、卫星、潜艇、水下机器人等轻型高能动力电池的首选电源。

锂离子电池由于具有优良性能而得到广泛的应用，因此随着现代移动电子设备和通讯设备等产品的迅速发展，人们对用于这些产品电源的性能提出了更高的要求。

电池正极活性材料是锂离子电池发展的关键技术之一。在目前商用的锂离子二次电池的正极活性物质中，LiCoO₂凭借良好的循环和较大的放电容量以及高的放电平台而占据了大于95％的市场份额。但是LiCoO₂本身有着无法弥补的缺陷，一是钴属于稀有金属，在地壳中的储量极少，因而价格昂贵；二是LiCoO₂作为负极材料的电池在电池过充或过热时会与电解液发生剧烈反应，放出大量的热量而导致电池失火或爆炸，因此安全性能较差。

自上个世纪九十年代以来，价格较低同时对环境没有污染的LiNiO₂、LiMn₂O₄一直被认为是最有可能替代LiCoO₂的材料。

近年的研究表明，LiNiO₂的层状结构稳定性差，化学计量的LiNiO₂在低温下难以合成，而高温合成条件下又会发生锂镍的混合占位。通过精确的条件控制(氧气气氛中750℃温度下培烧24小时)，才可以合成LiNiO₂。它是有较高的初始比容量(初始充电容量达到200毫安小时/克)，但是循环性能特别差，在10个循环之后容量即低于LiCoO₂。

LiMn₂O₄虽然合成简单、价格便宜并且安全性好，但是LiMn₂O₄比容量小(120毫安小时/克)，而且在高温条件下(例如55℃以上)的循环寿命较差，尽管经过成分掺杂和表面化学处理，循环寿命仍无法满足实际使用的要求。因此，锂电池工业，特别是大功率动力锂电池需要一种成本较低、容量较大和更加安全的正极活性物质。

LiFePO₄安全性好、稳定性好、无毒环保，然而LiFePO₄材料由于特殊的橄榄石结构，导电性差，而且比容量低，目前制备的LiFePO₄材料通常被控制在更小的粒径范围内，通过这种方式提高了单个LiFePO₄颗粒的电子电导率及离子电导率，但采用小粒径的正极活性物质会导致颗粒粘结时相互间的接触点减少，从而极大的降低了活性物质之间及活性物质与集流体的粘结强度，活性物质之间接触点的减少也降低了正极材料颗粒间的导电性，此外电极活性物质的分散问题没有解决，导致配制出的浆料粘度过大，因此制备的电池具有电容量小、内阻大、大电流充放电性能和循环性能差的缺点。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有锂离子电池容量小、内阻大、大电流充放电性能和循环性能差的缺点，提供一种能使电池具有容量大、内阻小、大电流充放电性能和循环性能好的正极活性材料和含有该正极活性材料的正极和锂离子电池。

本发明提供的锂离子电池正极活性材料含有锂金属磷酸盐、粘结剂和导电剂，其中，该正极活性材料还含有分散剂，所述分散剂选自聚丙烯酰胺、聚丙稀酸酯、聚氨酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚异丁烯丁二酰亚胺、聚环氧乙烷醚、羟乙基纤维素、十二烷基聚环氧乙烷酯、脂肪酸聚环氧乙烷酯、烷氧基聚环氧烷丙烯酸酯、聚己内酯、聚苯乙烯-乙烯基吡咯烷酮、聚苯乙烯-N，N-二乙烯基丙烯酰胺中的一种或几种。

本发明提供的锂离子电池正极包括集流体和/或填充在集流体上的正极活性材料，其中，所述正极材料为本发明提供的锂离子电池正极材料。

本发明提供的锂离子电池包括极芯、非水电解液和电池壳体，所述极芯和非水电解液密封在电池壳体内，所述极芯包括正极、负极及隔膜，其中，所述正极为本发明提供的锂离子电池正极。