[发明专利]锂离子电池正极极片及其制备方法和锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池正极片及其制备方法和与其制成的锂离子电池。

背景技术

自从SONY在1991年第一次将可充电锂离子电池实现商业化，不同锂过渡金属氧化物(如LiCoO₂，LiNiO₂，LiMn₂O₄，LiFePO₄，LiFe(Mn)PO₄，LiNi_xCo_yMn_(1-x-y)O₂(y≤1，x+y≤1)等)已经成功作为正极材料应用到锂离子电池领域。

LiCoO₂是最早在锂离子电池中实现商业化的正极材料，由于其具有高能量密度与优越的电池性能，以及易于生产等优点，被认为是最具吸引力的正极材料之一。LiCoO₂的理论容量是272mAh/g，但当电池充电截止电压为4.2V时，只有一半锂离子从LiCoO₂中脱出，结果导致实际应用中放电比容量仅约为140mAh/g。因此，需要使更多锂离子从LiCoO₂中脱出，以提高电池比容量与能量密度。研究还发现，锂离子电池电解液中的水分能引起LiPF₆分解，形成HF，HF能加速LiCoO₂的溶解，当充电电压超过4.2V时，部分LiCoO₂溶解到电解液中，导致电池循环过程中容量大幅衰减。在这种情况下，应重点关注减缓LiCoO₂的容量衰减以满足在锂离子电池的应用。

锂离子电池的充放电循环与正极材料表面化学密切相关，通过包覆对表面改性能有效地降低正极材料的溶解。许多金属氧化物(如TiO₂、Al₂O₃、ZrO₂与MgO等)成功实现了表面包覆，Jang-Hoon Park等人报道了利用有机物PI包覆正极材料，申请号为201310014237.0的中国专利介绍了对正极材料的无机金属氧化物与炭/氮类有机物双层包覆，第一层为金属氧化物，第二层为有机物。这些方法能有效阻隔正极材料与电解液直接接触，同时保持离子传导路径通畅，抑制相变与氧的释放，还能减少阳离子在晶体中的无序排列。但金属氧化物包覆正极材料后容易脱落，存在包覆不均匀的问题；有机物包覆正极材料粘接紧密，能适应高电压锂离子电池，但包覆层影响离子与电子的传导速率，导致电池性能不佳。

另外，申请号为201210000156.0的中国专利文献在正极活性材料上表层涂覆具有粘结作用的聚合物粘结层，此法虽能增强电池的机械性能与安全性能，但涂覆后的聚合物层仅起到粘结作用，且厚度偏大，在电池充放电过程中，会阻碍锂离子的脱出与嵌入数量，从而会影响电池性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种能适应高电压锂离子电池环境、还能在一定程度上提高电池循环和倍率性能的锂离子电池正极极片，还相应提供一种简单易行的该锂离子电池正极极片的制备方法及由其制得的锂离子电池。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种锂离子电池正极极片，包括集流体和涂布在集流体上的正极膜片，所述正极膜片主要由正极活性材料、导电剂与粘结剂组成，所述正极膜片的表层喷涂有机高分子物质层，所述有机高分子物质层的厚度h≤100nm；所述有机高分子物质层的主要组成物为聚酰亚胺(PI)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯腈(PAN)中的至少一种。

本发明的上述技术方案通过喷涂有机高分子物质层，使有机高分子物质具有优良的离子、电子导电性，且能够包覆正极膜片从而抑制在充放电过程中活性物质的损失。

上述的锂离子电池正极极片中，优选的：所述有机高分子物质层的厚度h≤50nm，所述有机高分子物质层呈非连续点状分布。

上述的锂离子电池正极极片中，优选的：所述正极活性材料为LiCoO₂、LiNi_xCo_yMn_(1-x-y)O₂,、LiMn₂O₄、LiFePO₄中的至少一种，其中y≤1，x+y≤1，所述正极活性材料、导电剂与粘结剂的配比为94～96∶3～2∶3～2。