[发明专利]高性能锂离子二次电池及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及二次电池，尤其涉及锂离子二次电池及其的制备方法。

背景技术：

当今市面上一次锂锰电池，如CR123A、CR2、CR-P2、2CR5、CR-V3等型号，因为其具有能量密度高、自放电小、输出电压稳定、高功率特性等一系列优点，而被广泛应用，可用于照相机、手电筒以及数码产品，但是该类电池成本高、安全性差、不可重复使用，限制了它的发展和推广使用。试图取代它的可充电锂离子电池，原工作电压为3.7V，通过降压原理，达到工作输出电压与锂锰一次电池接近，但是经过实际使用后发现，大电流放电性能不好，并且仍会烧毁超高亮手电筒钨丝灯。

锂离子二次电池通常结构包括正极、负极、设置于正极与负极之间的隔膜以及电解液，而正极所使用的材料以及其制备方法是业界主要研究的领域。概括现有技术，正极所使用的活性物质主要有以下几种：

钴酸锂材料作为第一代商品化的锂离子电池正极材料，还有许多不可取代的优势：材料的加工性能很好，密度高，比容量相对较高，材料的结构稳定，循环性能好，材料的电压平台较高且比较稳定。但是其存在的价格昂贵、容量几乎发挥到了极限、资源紧缺、安全性差等缺陷使得其必然在最近的5到10年内遭受被取代命运。

锰酸锂材料是除钴酸锂外研究最早的正极材料，通过多年的研究，材料的性能得到较大的改善。其较高的安全性，低廉的价格，使其在动力电池领域有广阔的应用前景；但是其较低的比容量，较差的循环性能，特别是高温循环性能使得其应用受到了较大的限制，虽然通过最近几年的研究，循环性能得到一定的改善，但是高温循环性能还没有得到较好的解决，致使其应用受到较大限制。

在锂离子二次电池正极制备方面，目前通常是将正极活性物质混匀后，添加粘结剂并使其分散于溶剂中，制成一种浆料，涂敷至正极极片上，再设法在一定条件下将溶剂蒸发掉，得到正极极片。

现有锂离子二次电池的制造技术中，正负极制备时用于溶解电池极片活性物质的溶剂均受用有机溶剂体系，例如：采用N-甲基吡咯烷酮—聚偏二氟乙烯(NMP-PVDF)+导电碳黑+钴酸锂制成正极浆料即是其中之一，该类浆料在涂布生产过程中会产生大量的有机溶剂排放，虽然可通过回收处理部份排放气体，但仍部分气体泄露并排到空气中，对生产工人的身心和周边环境都有很大的伤害和影响。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种大电流充放电性能好、循环寿命长、安全、环保、低成本低价格的锂离子二次电池。

本发明的又一个目的是提供上述高性能锂离子二次电池正极的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：本发明涉及的锂离子二次电池，包括：含有正极活性物质及导电介质和粘结剂的正极、负极、设置于正极和负极之间的隔膜及电解液，其中，所述正极的活性物质由化学式LiFe_1-yM_yPO₄表示的含锂复合氧化物构成，所述化学式LiFe_1-yM_yPO₄中的M代表在Co、Ni、Mn、Al、S、Ca、K、Na、Mo、Cr当中选择的一种元素；式中y满足：0<y≤0.75。

我们经研究，所述粘结剂是水溶性聚合物，所述水溶性聚合物选自丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、有机硅胶交联添加剂、改性聚氧化乙烯、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸醇脂、聚乙烯吡咯烷酮当中的一种或组合。

本发明涉及的高性能锂离子二次电池的制备方法，其中负极极片、隔膜及电解液的制法在现有技术中已有记载，该二次电池的正极制备方法包括以下步骤：

a、将LiFe_1-yM_yPO₄与水溶性聚合物按(50-120)∶(0.1-30)的重量比置于同一搅拌容器内，并添加导电物，以水作为溶剂，进行混合、搅拌、过滤制成均质的浆料；所述LiFe_1-yM_yPO₄中的M代表Co、Ni、Mn、Al、S、Ca、K、Na、Mo、Cr当中选择的一种元素，且y满足：0<y≤0.75。

b、将a步骤所得浆料均匀涂敷在铝箔表面，然后在55-150℃的温度下烘干制成正极极片；

c、将b步骤所得正极极片与负极极片一起进行卷绕、装配、注液后，在15-70℃条件下静置1-5天，然后以0.01C-0.65C电流预充化成，再于15-70℃下静置1-18天，分容。