[发明专利]一种高性能富锂型锂离子电池正极极片

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，特别涉及一种高性能富锂型锂离子电池正极极片。

背景技术

随着油价稀缺性的凸显，未来油价近一步走高的可能性非常大，同时燃油汽车排放的尾气对环境造成巨大的污染。全球发展替代燃油汽车迫在眉睫。其中，锂离子动力电池被各界人士给予替代汽油的厚望，在这种背景下全球掀起研究锂离子动力电池的热潮。

实现电动汽车规模化生产的必要条件是动力电池的能量密度、功率密度、使用性能、寿命和成本得到很大的改善，其中正极材料又是决定动力电池综合性能的最关键因素。

目前所商业化的锂离子电池正极材料主要有：层状的钴酸锂、三元材料；尖晶石型锰酸锂；橄榄石型磷酸铁锂。然而，实际应用中他们都存在一个共同缺点是比容量低(＜200mAh/g)，因此很难满足电动汽车等对电池的高能量密度的使用要求。而富锂正极材料具有高比容量的特点(＞200mAh/g)使其成为动力电源候选的正极材料有力竞争者。然而，富锂正极材料也存在倍率性能欠佳、循环稳定性不足等缺点。

材料的形貌、粒径分布对材料性能影响很大。目前锂离子电池正极极片所采用的结构是单一粒径范围的正极材料单层单面或单层双面涂覆在正极集流体上。微米级球形正极材料，其粒径较大，振实密度高，所制得的极片压实密度大，且球形颗粒堆积填充时，粒子间接触面小，没有团聚和粒子架桥现象，粒子间的空隙较少，粉体堆积密度高，有利于涂布工艺的顺利完成。此外，球形颗粒具优异的流动性、分散性和可加工性能，有利于制作电池浆料和电极片的涂覆，提高电极片质量。然而，微米级颗粒延长了锂离子的脱嵌距离，影响电池的倍率性能，从而难以满足大功率电动工具、电动汽车等对动力电源的使用要求；另一方面，纳米级非球形颗粒粒径小，有利于锂离子的脱嵌，从而提高材料的倍率性能，但是其堆积密度、压实密度偏低，影响电池的体积能量密度。此外，纳米级非球形颗粒比表面积大，吸附过多的粘贴剂，反而降低黏贴效果。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种电极的倍率性能和循环稳定性提高的高容量、高性能富锂型锂离子电池正极极片。

本发明的技术方案是，一种高性能富锂型锂离子电池正极极片，其中，该极片由双层正极材料涂层、集流体和极耳组成，正极材料涂层由微米级球形富锂正极材料涂层和纳米级非球形富锂正极材料涂层组成，微米级球形富锂正极材料涂层涂覆在集流体的表面，纳米级非球形富锂正极材料涂层涂覆在微米级球形富锂正极材料涂层上，极耳点焊在集流体的预留空白处。

上述双层正极材料涂层可以涂覆在集流体的单面或者双面上。

更进一步的，所述的一种高性能富锂型锂离子电池正极极片中，所述的微米级球形富锂正极材料的颗粒粒径为1-15μm，所述的纳米级非球形富锂正极材料的颗粒粒径为1-800nm。

在一个优选的技术方案中，所述的一种高性能富锂型锂离子电池正极极片中，所述的集流体由镍箔或铝箔制成。

在另一个优选的技术方案中，所述的一种高性能富锂型锂离子电池正极极片中，所述的极耳由镍带或镀镍钢带制成，极耳的数目为1-6个。

本发明具有如下的技术效果，采用高性能富锂型锂离子电池正极极片所生产的富锂型锂离子电池，由于采用了微米级球形和纳米级非球形富锂正极材料所制备的双层涂布结构设计，微米级球形富锂正极材料颗粒粒径较大，比表面积小，极片压实密度高，球形表面较为圆滑，流动性好，有利于涂布工序。而纳米级颗粒小，纳米颗粒缩短了锂离子扩散的距离，可满足大电流充放电要求。采用不同形貌和粒径的双层正极材料涂层，克服单一粒径存在的缺陷，综合了微米级球形和纳米级非球形材料的优点，不仅可以发挥富锂正极材料高容量的特点，同时提高了电极的倍率性能和循环稳定性，可满足电动汽车等领域对动力电源的使用需求。此外，该制备工艺简单，可进行大规模产业化，具有很好的应用前景。

附图说明

图1为本发明所述的高性能富锂型锂离子电池单极耳单面双层涂布的正极极片的示意图，图中：1为集流体，2为微米级球形富锂正极材料涂层，3为纳米级非球形富锂正极材料涂层，4为极耳。

图2为本发明所述的高性能富锂型锂离子电池正极极片中正极材料的扫描电镜图：(A)微米级球形富锂正极材料颗粒，(B)纳米级非球形富锂正极材料颗粒。

图3为本发明的高性能富锂型锂离子电池双面双层涂布的正极极片的切面示意图；图中，1为集流体，2为微米级球形富锂正极材料涂层，3为纳米级非球形富锂正极材料涂层。