[发明专利]一种以富锂锰基材料为正极的锂离子电池及其制备方法

说明书

技术领域

发明涉及一种锂离子电池及其制备方法，尤其涉及一种以富锂锰基材料为正极的锂离子电池及其制备方法。

背景技术

锂离子动力电池由于其性能优势成为纯电动汽车、插电式混合动力汽车等节能环保电动汽车的理想搭载电源。近年来，对锂离子电池的能量密度和循环寿命提出了越来越高的要求，以满足电动汽车行驶里程和使用寿命的不断提高。正极材料是决定锂离子电池性能的关键因素，直接影响着电池的能量密度、比功率特性、温度特性及安全特性。在目前技术中，广泛使用和研究开发的是以磷酸铁锂（LiFePO₄）、镍钴锰酸锂（LiNiCoMnO₂）或尖晶石锰酸锂（LiMn₂O₄）为正极，以石墨为负极的材料体系。但还存在一些难以根本克服的缺点。采用磷酸铁锂/石墨体系的锂离子电池虽然常温循环和安全性好，但电池电压平台仅为3.2V，存在能量密度较低、批次一致性差等问题。尖晶石锰酸锂具有电压平台高、倍率性能好方面的优势，但固有的John-Teller效应和锰的高温溶解造成其循环寿命特别是高温循环性能差，难以达到车用寿命要求。采用镍钴锰酸锂/石墨体系的锂离子电池电压平台为3.6V，能量密度可达到150-180Wh/kg，但存在安全性能差等问题。

近年来，具有高容量的富锂锰基固溶体正极材料受到人们的广泛关注，该材料是基于层状Li₂MnO₃和LiMO₂结构的固溶体，化学式为xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂ (M=Mn、Ni、Co)。该类材料在大于4.6V的充电电压下，比容量较高，能量密度高。中国发明专利101694876A公布了富锂锰基正极材料Li[Li(1-2x)/3Nix-a-yMyMn(2-x)/3-b]O₂（M=Co、Al、Ti、Mg、Cu）及其制备方法。该材料4.6-2.5V电压窗口的放电容量达到250mAh/g。中国发明专利103050683A还公布了一种多相锰基固溶体复合正极材料的制备方法。通过在新型多相锰基固溶体表面复合纳米高导电性石墨烯，制备得到多相锰基固溶体复合正极材料，该材料比容量高达268mAh/g，首次充放电效率达到85%，倍率和低温性能得到明显提升。显示出这种材料在高能量密度锂离子动力电池正极材料方面潜在应用前景。

目前，在采用富锂锰基材料为正极的锂离子电池技术方案中，主要通过提高充电电压和采用高电压有机电解液体系来获得较高的能量密度和循环寿命，如中国发明专利CN102544575A公布了一种富锂锰基动力电池及其制造方法，该电池在2.0-4.6V条件下的0.5C放电能量密度为212.35Wh/kg。中国发明专利CN102315481A中公布了一种高比能富锂多元锂离子蓄电池及其制备方法，该电池采用含氟耐高电压有机电解液体系。但从实际应用的角度讲，这种技术方案的不足是：在通过提高电池充电电压来提升电池放电容量和能量密度的同时，电池首次效率降低，仅为60-70%；电池倍率性能差，容量衰减快，循环寿命差，难以满足实际需求。

基于此，本发明提供一种采用含有表面涂层的富锂锰基正极的锂离子电池，在提高电池能量密度的同时，可显著提升电池倍率性能和循环寿命。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中锂离子电池能量密度低等缺点，提供一种以富锂锰基材料为正极的锂离子电池，在提高富锂锰基锂离子电池能量密度的同时，提升电池倍率性能和循环寿命。

为此，本发明提供了一种以富锂锰基材料为正极的锂离子电池，包括正极、正极表面涂层、负极、隔膜和电解液，所述正极包括正极活性物质80-95%（重量比），导电剂3-18%（重量比），粘结剂2-17%（重量比），所述正极活性物质为富锂锰基材料或经过表面包覆的富锂锰基材料；

所述正极表面涂层包括纳米材料85-97%（重量比）、粘结剂3-15%（重量比），所述纳米材料为纳米金属氧化物、纳米金属氮化物中的一种或几种的组合，所述粘结剂为 SBR与CMC组合、PVDF、PTFE、PVDF-HFP、聚丙烯酸脂中的一种；