[发明专利]一种超快充锂离子电池用正极及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种超快充锂离子电池用正极及其制备方法，属于锂离子电池领域。一种超快充锂离子电池用正极，所述的正极包括正极活性材料、导电剂、粘结剂，正极活性材料、导电炭黑、粘结剂的质量百分比分别占正极材料总质量的84～96％、2～8％、2～8％，其中所述的正极活性材料为镍钴锰酸锂(NCM)、磷酸铁锂(LFP)、活性炭、镍酸锂(Li₂NiO₂)中的一种或多种。本发明充分利用不同储能材料的工作区间，最大化平衡其容量与寿命之间的平衡特性；在嵌锂过程无需金属锂的使用，确保了超快充锂离子电池制造过程的高安全性与低成本化。

技术领域

本发明涉及一种超快充锂离子电池用正极及其制备方法，以及用该电极制得的超快充锂离子电池和超快充锂离子电池的制备方法，属于锂离子电池领域。

背景技术

作为一种兼具双电层电容器高功率密度与长循环寿命，锂离子电池高能量密度与荷电保持能力的新型储能器件，超快充锂离子电池自诞生起便成为了超级电容器与锂离子电池领域的重点研究与发展方向。一般情况下，锂离子电池是选用石墨类炭材料作储能负极，金属锂化物作储能正极，利用两者之间的电势差来实现4.2～2.2V之间的高电压区间工作。但是实际生产过程，现有体系条件下，为了追求电池的高功率密度，常常通过采用降低电极厚度、提高电极内部导电剂含量的方式。此时，对于电池而言，最大也仅能将其最大充放电功率提升至3C左右，离国家规定的10～15C以上超高功率要求仍然存在不小的差距。

目前，市场上为了追求超高功率，以结合锂离子电池与超级电容器双重特性的大容量型锂离子电容器成为了超快充锂离子电池的重点发展方向，主要以日本JM Eenrgy公司生产的3.8V/2200F和3.8V/3300F两种商品化产品为代表，由于使用“金属锂箔”的工艺特点使得该类型电容器能量密度常常保持在12-15Wh/kg，功率密度维持在5-13kW/kg，相对于双电层电容器的3-10Wh/kg实现了20-50％左右的提升，但与现有动力型锂离子电池(120-180Wh/kg)相比仍存在较大的差距，难以实现市场领域的快速切入。

专利CN105405668A和CN105513827A报道了以锰酸锂(LiMn₂O₄，LMO)、三元材料(NCM)、活性炭(AC)复合材料为正极，钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)、活性炭(AC)复合材料为负极的高比能型电池电容器，为电容器能量密度的提升提供全新的一种解决方案。专利CN105047428A提及了一种以富锂金属氧化物Li₂NiO₃、Li₂MoO₃为锂源的新型“预嵌锂”方式，有效的解决了锂离子电容器制备过程的“金属锂箔”使用问题。综合上述专利情况，前者体系仍然存在功率密度不足，器件主要表现为电池特性，后者能量密度受限的不足，无法同时满足高能量(40-60Wh/kg)、高功率(5-10kW/kg)以及长寿命(大于1万次)的新型储能器件要求。

发明内容

本发明的目的在于解决现有锂离子电池功率密度低，锂离子电容器能量密度偏不足，预嵌锂过程复杂，生产成本高等方面的问题，提供一种低成本、低安全系数的超快充锂离子电池用正极。

为达到上述发明目的，本发明包括以下技术方案：一种超快充锂离子电池用正极，所述的正极包括正极活性材料、导电剂、粘结剂，正极活性材料、导电炭黑、粘结剂的质量百分比分别占正极材料总质量的84～96％、2～8％、2～8％，其中所述的正极活性材料为镍钴锰酸锂(NCM)、磷酸铁锂(LFP)、活性炭、镍酸锂(Li₂NiO₂)中的一种或多种。

作为优选，所述的正极活性材料为镍钴锰酸锂(NCM)、磷酸铁锂(LFP)、活性炭、镍酸锂(Li₂NiO₂)的混合物。