[发明专利]一种提高锂离子电池正极稳定性的金属膜和制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高锂离子电池正极稳定性的金属膜及制作方法，具体为一种锂离子电池正极片的表面镀膜的处理方法。属于改性锂离子电池正极修饰领域。

背景技术

锂离子电池是高性能、绿色环保的二次电池，已经在移动电话、便携式计算机、摄像机和照相机等移动电子设备终端中得到了广泛的应用。随着锂离子电池技术的发展，其应用范围正逐步向电动工具、电动车辆以及储能电池领域拓展。但是，锂离子电池在大规模进入上述市场前还有一些问题需要解决，主要是电池的安全性和使用寿命(包括循环寿命和储存寿命)等方面还不能满足市场需求。因此，锂离子电池技术在走过了以提高比能量和降低成本为主线的发展道路之后，今后的发展重点将是改善安全性和提高使用寿命。

正极材料作为锂离子电池的重要组成部分，在充放电或储存过程中不可避免地发生电解液在其表面的氧化分解，尤其是在高荷电态和高温环境下，生成LiF、Li₂CO₃等高阻抗的化合物沉积在正极表面，导致表面阻抗增加，功率特性、使用寿命和安全性能衰减。正极与电解液界面的化学和结构稳定性是关系锂离子电池使用寿命和安全性的一个重要因素。

正极材料的表面包覆是抑制正极与电解液反应的最有效的方法之一。对正极材料进行包覆的方法主要有两种：一种是对正极活性材料粉末进行颗粒包覆，如文献“Significant improvement of high voltage cycling behaviorAlF₃-coated LiCoO₂ cathode”(Electrochemistry Communications，2006，8：821-826)和“ZrO₂ coating of LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ cathode materials for Li-ionbatteries”(Ionics，2009，15：493-496)中通过表面包覆抑制了正极/电解液界面阻抗的增加和过渡金属离子的溶出，从而提高了材料的循环性能。这种方法可以实现所有粒子的均匀包覆，但会影响粒子之间以及粒子与集流体之间的电子导电性；另一种是对涂布好的正极片进行整体包覆，如“一种提高锂离子电池正极安全性的表面镀膜修饰方法”(CN 100527483C)中通过在正极表面溅射一层高温稳定的物质，使锂离子电池正极与电解液之间的反应剧烈程度降低并提高其热稳定性和循环性能。目前对薄膜电极的包覆方法有磁控溅射法、等离子体化学气相沉积法、脉冲激光沉积法等，需要的设备都比较昂贵。包覆材料通常是一些热稳定性好，但是导电性和导热性都比较差的化合物，如MgO、Al₂O₃、TiO₂、ZnO、SnO₂、ZrO₂以及AlPO₄、AlF₃和LiAlO₂等。因此，需要改进正极片的镀膜工艺，镀层在抑制正极与电解液的反应的同时具有良好的导热性和电子导电性，以提高正极片的导热性和正极表面的电流密度分布均匀性，从而有效延长电池使用寿命，进一步改善功率特性和安全性，从而引导出本发明的构思。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高锂离子电池正极稳定性的金属膜及制作方法，本发明基于真空蒸发镀膜(简称真空蒸镀)方法在锂离子电池正极片表面镀上一层纳米尺度的金属膜作为电极保护层将正极材料与电解液直接隔离开，以降低正极和电解液在充放电和储存过程中的反应活性。金属镀膜层具有良好的电子导电性，在正极片表面形成一个导电网络，有利于提高电池充放电过程中电极表面电流密度分布的均匀性，避免局部电流密度过大对电极材料造成损伤。金属镀膜层还具有良好的导热性，可以将电池充放电过程中产生的热量及时传递出去，避免热量的累积，有利于提高电池的安全性。因此，在正极片表面镀上一层金属膜，可以延长电池的使用寿命，改善功率特性并提高其在过充、短路等滥用条件下的安全性。