[发明专利]一种高功率锂离子电池正极片及含其的锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种高功率锂离子电池正极片及含其的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池是20世纪90年代初出现的绿色高能可充电电池，它具有应用温度范围宽，自放电率低，循环寿命长，安全性能好等独特的优点。目前锂离子电池大致分为能量型和功率型两大类产品，两类产品在材料、结构设计等方面存在较大差异。大规模商业化的高功率锂离子电池正极均采用钴酸锂材料，该电池具有性能稳定、循环寿命长、工作电压高及良好的倍率放电特性等优点，但它也具有高温和过充电安全性差的缺点，这使得钴酸锂制作的高功率锂离子电池在高功率动力型电源领域(如：电动玩具、电动工具、航模、电动自行车、电动汽车、各种大型通讯基站以及军事通讯设备、武器装备等)的应用受到了限制。尤其是钴资源稀少、成本较高和抗过充能力较差极大地限制了LiCoO₂正极材料的发展应用空间。因此，能否寻找到性能优良、价格便宜的正极材料是高功率锂离子电池拓展其应用领域的关键。

目前镍钴锰酸锂材料(简称三元材料)成为了正极材料的研究热门之一，它较好的兼备了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂的优点，弥补了各自的不足，它具有比容量高，循环性能稳定，安全性能较好，价格便宜等优点，被认为是最具发展潜力的锂离子电池正极材料。然而镍钴锰酸锂材料同钴酸锂相比，主要的缺点是电导率和振实密度偏低，大倍率放电及倍率循环容量衰减较快，这极大的制约了镍钴锰酸锂材料在高功率锂离子电池上的应用。

中国专利申请200710025487.9公开了一种能提高锂离子电池的热稳定性的锂离子电池正极材料的配方，其各种成分的重量百分比分别为：钴酸锂65％～72％、镍钴锰酸锂15％～18％、导电石墨5％～8％和聚偏氟乙烯2％～4％，其余为杂质。该发明还公开了一种含有按照上述配方制成的正极的锂离子电池，其热稳定性和短路性能都得到了大幅度的提高。

日本专利申请JP 2007-031859提供了非水电解质二次电池用正极及其制造方法。该发明的非水电解质二次电池用正极使用了含有能够进行锂离子的吸贮/释放的正极活性物质、导电剂及粘合剂的正极活性物质合剂，其特征是，上述正极活性物质中，以通式Li_aCo_1-sMl_sO₂表示的钴系锂复合氧化物被以Li_bNi_tCo_uMn_vO₂表示的镍钴锰酸锂覆盖，并且上述钴系锂复合氧化物粒子的平均粒径r1与镍钴锰酸锂粒子的平均粒径r2的比r1/r2为2≤r1/r2≤50，并且镍钴锰酸锂粒子的平均粒径r2为0.5μm≤r2≤20μm。根据该发明，可以提供即使在以锂基准计为4.5V这样高的电位下反复充放电，充电状态下的保存特性也很优良，可以实现高容量化及高能量密度化的非水电解质二次电池用正极及其制造方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种价格低廉、大电流放电性能好并改善倍率循环性能的高功率锂离子电池正极片。

为此，本发明公开了一种高功率锂离子电池正极片，包括集流体和正极材料，正极材料包括正极活性物质、粘合剂及导电剂，其特征在于所述正极活性物质由层状钴酸锂和层状镍钴锰酸锂组成，所述钴酸锂与镍钴锰酸锂的重量比为1～7∶1～9。

在一些实施方式中，所述钴酸锂与镍钴锰酸锂的重量比为1∶9至3.5∶1，优选为3～7∶3～7。

钴酸锂材料和镍钴锰酸锂均为层状结构，两者以任意比例混合其层状结构均保持不变，而且两者的电化学性能互补性很好，钴酸锂能够弥补镍钴锰酸锂材料电导率和振实密度较低，倍率放电性能较差的缺陷，反之镍钴锰酸锂能够弥补钴酸锂材料比容量较低和过充性能、安全性能较差的缺陷。

在一些实施方式中，所述镍钴锰酸锂材料的化学式为LiNi_0.5-xCo_2xMn_0.5-xO₂，其中0<x<0.5。