[发明专利]一种高电压锂离子二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种高电压锂离子二次电池。 

  

背景技术

锂离子电池是一种充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。锂离子电池是现代高性能电池的代表，自上个世纪90年代产业化以来，得到了迅猛的发展，因其具有高电压、比能量大、循环寿命长和安全环保等优势，一直统治着3C电子产品电源，并逐渐成为便携式电源、动力电源和储能电池的主导者。随着新能源产业的发展，人们对锂离子电池循环寿命、克比容量、安全性能、高低温性能等的要求也越来越高。 

目前，在原有锂电池体系下，大幅度提升能量密度已经变得十分困难，往往要牺牲其它的性能。目前锂电池最成熟的体系是LCO+石墨的体系，从克容量上来说，钴酸锂的理论比容量275mAh/g，但由于能带的顶部重合，导致钴酸锂在深度放电时，在O2和2P能带引入大量空洞，当脱锂量x大于0.5时会促使其晶格中脱出氧，使其晶格具有不稳定性，所以在电压高于4.20V时正极材料的稳定性就变得比较差。产业界与科研界主要通过包覆或掺杂改性解决该问题，目前单一的改性手段亦很难克服其高脱锂量下结构不稳定的问题，此外，包覆物多为不具锂脱/嵌功能的Al₂O₃或者SiO₂材料，降低了活性物质的质量分数。在高电压下，电解液会发生氧化分解副反应，而且，特变是在高温条件下，钴被电解液溶解，在负极上析出，因此电池储存性能和循环特性变差。此外，高电压使电池过充、针刺、短路等安全性能存在隐患。 

因此，确有必要提供一种在高电压下循环寿命长、高温性能优异、安全性高的锂离子二次电池。 

  

发明内容

本发明是为了克服当前常用体系深度放电时由于正极材料结构的不稳定以及电解液氧化还原副反应导致电池容量衰减快、循环性能差、高温容量保持及容量恢复率低的问题，提供一种新的高电压锂离子二次电池。本发明的高电压锂离子二次电池循环寿命长、安全性能高、比能量高、高温性能优异等优点，可用于各种储能设备。 

本发明的方案是，一种高电压锂离子二次电池，包括正极、负极、以及聚合物隔膜和加入功能添加剂的电解液，其中，构成正极的材料包括正极活性物质、正极导电剂、正极粘结剂，正极活性物质为Mg、Zr掺杂和LiNi_0.5Mn_1.5O₄包覆相结合改性的LiCoO₂材料。在本发明中，所述Mg、Zr掺杂和LiNi_0.5Mn_1.5O₄包覆相结合改性的LiCoO₂材料，掺杂和包覆提高了LCO材料在深度放电时（x＞0.6）结构的稳定性，且包覆层本身就是一种高电压材料提供容量。 

作为优选方案， LiNi_0.5Mn_1.5O₄包覆层均匀地包覆在LiCoO₂材料表面，LiNi_0.5Mn_1.5O₄包覆层占LiCoO₂材料的质量分数为0.1%-10%，材料颗粒度D50为10-20μm，比表面积为0.1-0.5m²/g，振实密度为2.0-4.0g/cm³。 

另一优选方案，所述正极导电剂为碳纳米管、Super P碳、KS-6、碳纤维、科琴黑、乙炔黑中的一种或多种；最优选为碳纳米管。 

另一优选方案，所述正极粘结剂为聚偏氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚丙烯酸酯类三元共聚物乳胶（LA132）、明胶的一种或多种。作为最佳，优先选择PVDF。 

另一优选方案，所述正极活性物质、正极导电剂、正极粘结剂占正极材料的重量百分比分别为80%-96%、2%-10%、2%-10%。 

另一优选方案，构成负极的材料包括负极活性物质、负极导电剂、负极粘结剂，负极活性物质、负极导电剂、负极粘结剂占负极材料的重量百分比分别为80%-96%、2%-10%、2%-10%。