[发明专利]一种锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池。

背景技术

当前，便携式电动工具因具有携带方便、操作简单、功能多样、安全可靠等特点，越来越广泛地应用于建筑、装璜、机械、电力、桥梁和园艺领域。由于圆柱形高功率镉-镍蓄电池具有优异的高倍率放电特性和低廉的价格，长期以来一直用作便携式电动工具的电源。但该电池负极材料镉是致癌物质，易于对环境造成严重污染，世界各国正在陆续禁止使用或加以苛刻的使用限制。

然而近年来随着便携式电动工具市场日益庞大，用于便携式电动工具的电池的需求量已经增至大约每年5亿只电池，因此世界各国都在致力于开发用于便携式电动工具的环保型锂离子电池作为镉镍电池的替代品。便携式电动工具对电池的基本要求最主要有如下几点：1、安全可靠，不会发生着火爆炸伤人事故；2、有足够的高倍率放电能力且其他性能也能确保工具正常使用；3、有相对足够的能量和可接受的使用寿命。

为了达到以上要求，现在采用磷酸铁锂(LiFePO₄)作为一种新型的锂离子电池正极活性物质。磷酸铁锂具有较高的比容量即170mAh/g，可以使锂离子电池具有较高的倍率放电性能、良好的循环稳定性，同时可以使锂离子电池具有良好的安全性能以及较长的使用寿命，并且这种正极活性物质具有环境相容性、不吸潮以及资源丰富价格低的优点而备受青睐。

但是，磷酸铁锂的导电性较差，因此需要对其粉体进行修饰、掺杂等处理以及在制作电池时添加导电剂等措施，以保证磷酸铁锂作为正极活性物质的锂离子电池的倍率性能及循环性能的正常发挥。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的锂离子电池的倍率放电性能较低的缺陷，提供一种倍率放电性能更高的锂离子电池。

本发明提供了一种锂离子电池，该电池包括电池壳体、电极组和电解液，电极组和电解液密封在电池壳体内，电极组包括依次卷绕或叠置的正极、隔膜和负极，所述正极包括导电基体以及涂覆在导电基体上的正极材料，所述正极材料含有正极活性物质和粘结剂，其中，所述正极活性物质为磷酸铁锂，所述隔膜为含有聚酰亚胺的薄膜。

根据本发明提供的锂离子电池，倍率放电性能很高，高倍率放电容量比率可以达到96％以上；循环性能很好，在容量剩余率降到80％时，电池的循环次数可以达到1040次以上，同时该电池的其它性能也很好，可以良好地胜任电动工具的使用要求。

具体实施方式

由于磷酸铁锂粉体的导电性较差，因此需要采用一些措施来提高磷酸铁锂的导电性，使其优良性能得到正常发挥。在本领域中通常采用添加导电剂的方式来提高磷酸铁锂的导电性，但导电剂的添加量是有限的，因为导电剂的添加量越大，对于电池壳体空间一定的电池来说，无疑要减少正极活性物质即磷酸铁锂的含量，从而导致电池容量的降低，也就是说提高导电剂的含量对电池性能的提高是有限的。

对于使用者来说，总是希望电池的性能越高越好。因此，需要开发其他能够提高电池性能的方法。通过增加电解液的量可以提高正极活性物质的浸润程度，进而提高其导电性，但对于电池壳体空间一定的电池来说，很难再提高电解液的量。因此，如何增加电池壳体中所容纳的电解液的量以及提高正极片的浸润程度成为研究人员的课题。

在本领域中，锂离子电池通常使用的隔膜为聚烯烃薄膜，例如聚乙烯(PE)和/或聚丙烯(PP)薄膜，该隔膜可以采用单层或者三层层叠的方式，例如PP/PE/PP或者PE/PP/PE。但是，该类隔膜对电解液的吸收性能较差。同时，聚烯烃薄膜的熔点为180℃左右，因此它的耐高温性能较差。

经过本发明的发明人的大量研究发现，聚酰亚胺(PI)薄膜对电解液的润湿角较小，仅为2-12°，而聚烯烃类隔膜的润湿角为13-25°，因此PI薄膜吸收电解液的能力比聚烯烃类的薄膜高很多，且该薄膜的保液性较高，由此聚酰亚胺膜可以吸收更多的电解液，从而单位面积的隔膜所吸收的电解液的量增多，并且相同体积的电池壳中可以容纳的电解液的量也增多。

隔膜吸收电解液的增加及其保液性的提高都有利于极片对电解液的充分浸润，因此，可以提高以磷酸铁锂为正极活性物质的正极片的导电性，使锂离子电池的倍率放电性能提高，同时可以提高锂离子电池的循环性能，这点在循环后期尤其明显，相同容量剩余率下，本发明电池循环次数更多。另外，聚酰亚胺的玻璃化温度为400℃以上，因此用聚酰亚胺薄膜或者聚酰亚胺与聚烯烃的复合薄膜作为电池的隔膜可以提高锂离子电池的耐高温性能。