[发明专利]锂离子电池及其阴极片

说明书

本发明公开了一种锂离子电池阴极片，其包括阴极集流体，设置在阴极集流体上的活性物质层，以及设置在活性物质层上的阻挡层，其中，阻挡层包含多孔碳材料、粘结剂和导电剂，多孔碳材料的孔径为2nm～50nm，比表面积为500‑2000m²/g，孔体积为1.00‑2.25cm³/g。本发明锂离子电池阴极片不仅能显著减少过渡金属在阳极上的沉积，而且不会对锂离子电池在高低温下的放电能力造成影响，能显著的改善锂离子电池的循环性能，延长电池的循环寿命。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，更具体地说，本发明涉及一种锂离子电池及其阴极片。

背景技术

近年来，锂离子电池得到了迅速发展，同时对其要求也越来越高。锂离子电池一般需要满足以下特点：(1)高能量和高功率密度(其中HEV混合动力汽车对功率要求更高，储能电池对功率要求稍低)；(2)工作温度范围宽，环境适应性强；(3)长的循环寿命及使用年限；(4)突出的安全可靠性。

对于含有过渡金属的锂离子电池，在循环过程中，电解液中导电盐LiPF₆会发生分解，形成LiF和PF₅，PF₅会与电解液中残余微量水发生水解反应，产生HF，受酸性气体和自身结构稳定性的影响，阴极材料中的过渡金属容易溶解到电解液中，随循环扩散到阳极并在阳极极片的表面催化SEI膜的分解，影响SEI膜的稳定性，加速活性锂的消耗，同时还会引发其它的副反应，从而加速电池的容量衰减。

例如，对于含有过渡金属Mn的锂离子电池，在充放电过程中，Mn的价态从+3到+4价变化，易产生Jahn-Teller效应，发生晶格畸变并导致体积收缩或膨胀，使得结构变得不稳定而塌陷。在高温下，特别在高电压体系中，电解液中痕量的HF会造成Mn²⁺的溶出，造成尖晶石结构的破坏，极大地加速了电池容量的衰减,其化学反应式如下：4HF+2LiMn₂O₄→3γ-MnO₂+MnF₂+2LiF+2H₂O。

已有文献报道了：金属Mn在阳极表面的沉积会影响Li的嵌入与脱出；随着循环的进行，在阳极材料表面能够检测到更多的Mn，Mn在阳极与SEI发生反应，破坏SEI膜的稳定性，增加阳极的阻抗，加快锂离子电池的容量损失。

因此，现有的NCM(镍钴锰酸锂三元材料)、NCA(镍钴铝酸锂三元材料)、锰酸锂、磷酸铁锂、富锂锰基材料等锂离子电池在循环过程中，阳极材料表面不断的发生一些副反应，会产生一些酸性气体，扩散到阴极，会致使一些过渡金属溶解。另外，在不断的充放电过程中，阴极材料的结构稳定性变差，也会造成一部分过渡金属溶出。溶出的过渡金属扩散到阳极材料的表面，破坏SEI膜的稳定性，增加活性锂的消耗，加快锂离子电池容量衰减，最终导致降低电池的循环寿命。

针对上述问题，目前采用的措施多为在活性物质层直接混合具有吸附性的多孔碳材料作为导电剂，但是多孔碳材料本身具有极强的吸液能力，多孔碳材料的加入会降低活性物质与集流体之间的粘结力，从而恶化锂离子电池的功率性能和安全性能。

有鉴于此，确有必要提供一种能减少过渡金属在阳极上的沉积，并能改善电池循环性能的锂离子电池阴极片。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种锂离子电池及其阴极片，其不仅能减少过渡金属在阳极上的沉积，并能显著改善电池的循环性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供一种锂离子电池阴极片，其包括阴极集流体、设置在阴极集流体上的活性物质层，以及设置在活性物质层上的阻挡层，其中，所述阻挡层包含多孔碳材料、粘结剂和导电剂，多孔碳材料的孔径为2nm～50nm，比表面积为500-2000m²/g，孔体积为1.00-2.25cm³/g。