[发明专利]添加弱碱性金属化合物的锂离子电池正极片及制作方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种具有长使用寿命的添加弱碱性金属化合物的锂离子电池三元材料正极片及制作方法。

背景技术

镍钴锰酸锂(LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂)是一种锂离子电池正极材料，俗称三元材料，它是以镍盐、钴盐、锰盐与碱为原料，先合成镍钴锰的氢氧化物或碳酸盐前驱体，再配以碳酸锂或氢氧化锂在高温下烧结而成。三元材料利用Ni、Co、Mn三者的协同效应，具有钴酸锂良好的循环性能、镍酸锂的高比容量和锰酸锂的高安全性、低成本等特点。

三元材料与钴酸锂相比具有性能和价格上的优势，从2008年开始蓬勃发展，在小型电池领域，逐渐取代了钴酸锂，当前市场份额已占到30%。日本、韩国一些知名电池厂商已经从2010年开始全面使用三元材料，国内市场也将呈现这一趋势。同时三元材料可以有效解决电动汽车续驶里程不足和磷酸铁锂低温性能差的问题，成为日韩动力及储能电池厂商重点发展的正极材料之一。

但是，以三元材料为正极制作的锂离子电池在循环和储存过程中，电解液中HF等酸性物质会与三元材料反应，在三元材料表面生成LiF等高阻抗物质，从而导致正极容量衰减，阻抗增大，最终造成整个电池性能衰减。

目前，人们在提高三元材料为正极的锂离子电池的使用寿命研究中，通常采用三元材料表面包覆来减小电解液与三元材料的反应，包覆材料主要为金属氧化物，包括Al₂O₃(Electrochimica Acta，2006，52:1316-1322)、ZrO₂（Journal of Alloys and Compounds，2010，496(1-2):512-516）、TiO₂(Surface and Coatings Technology,2005，199(1):22-31)、ZnO(Journal of Power Sources，2010，195(1):320-326)等和无机盐如AlF₃(Journal of The Electrochemical Society，2007，154(3):168-172)，Co₃(PO₄)₂(Journal of Power Sources，2008，184:276-283)等。目前，普遍认为包覆改性的机理如下：其一，包覆层隔离了三元材料与电解液的直接接触，从而阻挡了电解液与三元材料的反应；其二，包覆材料先与电解液中的酸性物质（主要为HF）反应，从而减少其与三元材料的反应。前者要求包覆层比较致密并完全覆盖三元材料颗粒表面，然而有研究认为，即使是非常致密的包覆层也不能完全阻止正极活性材料与电解液之间的自发反应；相反，疏松、不完整的包覆层同样能起到提高材料性能的作用，因此，上述第二个机理的作用更为明显。目前，表面包覆的方法较多，但是普遍存在工艺复杂、不易控制、成本高等缺点。

本申请拟从另一角度提出一种添加弱碱性金属氧化物的锂离子电池三元材料正极片及制作方法，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添加弱碱性金属化合物的锂离子电池正极片及制作方法。本发明提供一种长使用寿命的锂离子电池三元材料正极片及制作方法。克服现有技术的不足，

本发明采取的技术方案为：

一种锂离子电池三元材料正极片及制作方法，其特征在于锂离子电池三元材料和浆时添加一种、两种或两种以上具有弱碱性的金属化合物（包括金属氢氧化物或氧化物），而后经涂布、烘干制得三元材料正极片。利用该极片制作的锂离子电池在循环和储存过程中，添加的弱碱性金属化合物优先与电解液中的HF等酸性物质反应，降低三元材料附近的HF浓度，减少其与三元材料的反应，从而有效保护了三元材料，抑制其表面高阻抗的含氟物质的生成，使电池的循环和储存性能得到改善。所述的弱碱性金属化合物（如Al(OH)₃、Al₂O₃、ZrO₂、ZnO、MgO等）的pH值为8-10之间的一种、两种或两种以上。所述弱碱性pH值是将金属化合物按1:10的质量比分散在去离子水中采用酸度计测定的。所述的制作本发明所述的正极片的具体步骤为：

（1）将聚偏氯氟乙烯(PVDF)粘结剂加入到适量的N-甲基吡咯烷酮溶剂(NMP)中，经搅拌溶解后制成透明胶体粘结液，静置待用；