[发明专利]一种高倍率充放电锂离子电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种高倍率充放电锂离子电池及该锂离子电池的制备方法。 

背景技术

随着化石能源的耗尽以及人们环保意识的增强，锂离子电池以其高能量密度、高功率密度、长循环寿命等优点越来越受到用户的喜爱，现已成熟应用于手机、电脑等小型数码电器及移动通讯终端等设备。但是在电动工具和电动车辆等大型动力设备方面，锂离子电池的应用还比较少，因为应用于小型电器的锂离子电池仅需提供平缓、较小、稳定的放电电流，然而大型动力设备的使用环境有时需要电池具备瞬间大电流放电的特性甚至短时间内快速充电的能力，同时对锂离子电池的安全性能也有更高的要求。在此趋势下，进一步提高锂离子电池的快速充放电性能逐渐成为领域内的热点。 

因此，从原材料的选择到添加剂的选用，从生产环境的保护到工艺参数的优化，电池技术领域的研究人员进行了大量的尝试和探索，目的在保证电池正常使用的基础上提高锂离子电池的高倍率充放电性能。 

在小型锂离子电池领域中广泛选用LiCoO₂作为正极材料，但是LiCoO₂的缺点在于热稳定性差，过充电时会造成电池内部短路，甚至可能引起电池起火爆炸；并且钴化合物价格昂贵、制作成本高，不适用于在动力设备中应用。尖晶石结构的锰酸锂氧化性能低于LiCoO₂，分解温度超过100℃，即使在针刺、短路情况下也难以燃烧、爆炸，其作为电池的正极材料可以从根本上保证电池的使用安全性能。但是尖晶石型锰酸锂材料作为正极材料，放电时晶胞体积膨胀，并且正极片表面部分区域容易发生过放电，造成尖晶石型锰酸锂高温下容量剧烈衰减。中国专利CN1658413A使用钴酸锂或其衍生物、镍酸锂或其衍生物或它们的混合物在正极材料粒子表面包覆涂层来覆盖尖晶石型锰酸锂，从而将放电区域与尖晶石型锰酸锂材料隔离开，避免尖晶石型锰酸锂颗粒表面的局部过放电。但是该方法要对集流体进行二次涂敷，操作程序繁多，延长了加工程序时间，同时增加了制成成本。

目前锂离子电池的生产通常通过增大正极压实密度及增加正负极层叠的极片数来提高电池的容量。但是这也同时对电子的流动造成影响，密度过大不利于充放电，密度过小则容易漏铂。 

发明内容

基于现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种性能优良的高倍率充放电锂离子电池及其制备方法。 

为了解决上述的技术问题，本发明一方面提供了一种高倍率充放电锂离子电池，其正极材料体系各固相组分按重量百分比由以下组分组成： 

正极活性材料82-96％； 

导电剂1.0-5.0％； 

粘结剂1.0-5.5％； 

其中正极活性材料为锰酸锂；正极活性材料的粒径(D50)为4-18μm，优选6-16μm； 

导电剂优选纳米SiO₂、纳米Al₂O₃中的一种或两种混合物； 

粘结剂选自聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯-全氟丙烯(PVDF-HFP)中的一种或两种混合物，优选聚偏二氟乙烯-全氟丙烯(PVDF-HFP)； 

正极浆料所选溶剂为N-甲基吡咯烷酮。 

负极材料体系各固相组分按重量百分比由以下组分组成： 

负极活性材料80-96％； 

导电剂1.0-5.0％； 

粘结剂2.0-6.0％； 

其中负极活性材料选自中间相碳微球、人造石墨、中间相沥青包覆的天然石墨中的一种或两种以上的混合物，优选中间相碳微球；负极活性材料的粒径为(D50)9-25μm，优选10-21μm； 

导电剂选自导电石墨、导电碳黑、纳米Ag、纳米SiO₂、纳米Al₂O₃中的一种或几种混合物，优选纳米SiO₂、纳米Al₂O₃中的一种或两种混合物； 

粘结剂选自羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶(SBR)、丙烯酸、聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚四氟乙烯(PTFE)中的一种或两种混合物，优选羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶的组合体系； 

负极浆料所选溶剂为N-甲基吡咯烷酮或高纯去离子水，优选高纯去离子水。