[发明专利]一种高电压锂离子电池正极极片及其制备方法

说明书

 

技术领域

    本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种高电压锂离子电池正极极片及其制备方法。

背景技术

目前使用的锂离子电池正极材料，如LiCoO₂、LiMn₂O₄以及LiFePO₄的工作电压都低于4V，以LiNi_0.5Mn_1.5O₄和LiCoPO₄等材料为代表的高电压正极材料的放电电压可高达5V左右，这些高电压材料用于锂离子电池能够提高电池的输出电压和功率密度，进一步拓宽锂离子电池在大功率电气设备 ，尤其是电动汽车上的使用范围，从而受到业内研究者的广泛关注。目前商品化锂离子电池的液体电解液主要是基于碳酸乙烯酯(EC)的常规碳酸酯基电解液，但当体系电压高于4.5V时，常规碳酸酯基电解液溶剂会发生分解从而造成整个电池性能的下降，而面对此问题尚无其它新型溶剂可以完全替代碳酸酯类溶剂，从而导致目前高电压材料的测试仍然基于常规的电解液溶剂体系，如EC/EMC/DMC、EC/DEC、EC/DMC和EC/EMC等。为了解决高电压材料与电解液在电池中的匹配问题，文献报道的多采用Al₂O₃、ZrO₂、AlPO₄、ZnO、TiO₂、MgO、Bi₂O₃、BiOF、Li₃PO₄、Lipon和LLTO等包覆物来对LiNi_0.5Mn_1.5O₄等高电压正极材料进行包覆，从材料粒子的表面添加包覆物，降低粒子与电解液的接触，降低电解液氧化分解，从而提高正极材料与电解液间的匹配稳定性，但包覆工艺较为繁琐，且包覆不均匀。

 

发明内容

本发明的目的在于提供一种高电压锂离子电池正极极片及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种高电压锂离子电池正极极片，包括正极集流体及涂覆在正极集流体上的活性物质层，所述活性物质层包括活性物质、粘结剂和导电剂，其特征在于，所述正极极片中含有电聚合添加剂；所述的电聚合添加剂为能在4.1-4.9V(vs.Li/Li+)形成导电聚合物的有机化合物；所述的正极极片中活性物质为放电平台高于4.5V(vs.Li/Li+)的正极材料。

所述放电平台高于4.5V(vs. Li/Li+)的正极材料为尖晶石结构的镍锰酸锂、铁锰酸锂、钴锰酸锂，橄榄石结构的磷酸钴锂、磷酸镍锂、氟磷酸钴锂和反尖晶石结构的钒酸镍锂中的一种或几种混合物。

所述能在4.1-4.9V(vs. Li/Li+)形成导电聚合物的有机化合物为沸点高于250℃的苯类化合物。

所述沸点高于250℃的苯类化合物为联苯及其衍生物、邻二苯基苯及其衍生物、二苯醚及其衍生物、联苄及其衍生物中的一种或几种混合物。

本发明还公开了一种高压锂离子电池正极极片的制备方法，该方法具体为：将电聚合添加剂溶解在100份N-甲基吡咯烷酮溶剂中，加入1-10份粘结剂，真空条件下均匀搅拌制成胶液，然后向胶液中加入1-15份导电剂，真空搅拌1-4h，再加入75-98份活性物质真空搅拌2-10h，用N-甲基吡咯烷酮调节混合物固含量为30-70%，将混合物通过涂布机均匀涂在集流体铝箔上，经干燥、辊压后即得到高电压锂离子电池正极极片。

所述电聚合添加剂与活性物质的质量比为0.001-5:100。

所述电聚合添加剂与活性物质的质量比优选为0.05-0.5:100。

所述导电剂为石墨、乙炔黑、碳纤维、碳纳米管和科琴黑中的一种或几种混合物。

所述粘结剂为PVDF、PVDF-HFP、PEO、PMMA、PAN、PVA中的一种或几种混合物。

本发明的有益效果：

1、本发明在电池正极极片中混合电聚合添加剂，利用电聚合添加剂在电池充电过程中会发生电化学聚合的原理，实现高压正极材料的原位均匀包覆,该聚合物可以在不影响锂离子脱嵌的前提下阻隔高电压正极活性物质与电解液的直接接触,降低电解液的高压氧化界面副反应。