[发明专利]锂离子二次电池及其正极极片

说明书

技术领域

本发明属于锂离子二次电池技术领域，特别涉及一种锂离子二次电池正极极片及使用该正极极片的锂离子二次电池。

背景技术

锂离子二次电池因具有比容量高、工作电压高、工作温度范围宽、自放电率低、循环寿命长、无污染和重量轻等优点，因此被业界广泛应用。

锂离子二次电池通常包括正极片、负极片、间隔于正极片和负极片之间的隔离膜，以及电解液。其中，正极片包括正极集流体和附着在正极集流体上的正极膜片，负极片包括负极集流体和附着负极集流体上的负极膜片；隔离膜间隔于正极片和负极片之间，起到电子阻隔作用，并防止正极片和负极片短路；电解液由正极片、负极片和隔离膜吸收，形成锂离子通路。锂离子二次电池在正常工作时，由正极集流体引出的正极端和由负极集流体引出的负极端与外电路形成电子通路，电解液和正负极活性物质中锂离子形成离子通路，电子通路和离子通路共同形成回路，以达到正常工作的目的。

随着锂离子二次电池的需求量逐渐增大，对其各方面的性能要求也越来越高，尤其是对安全性能的要求越来越高，如何提高安全性能已成为锂离子二次电池的研究重点；在追求安全性能的同时对能量密度高以及循环次数多也要求越来越高。现有技术也提出了多种方案，以提高锂离子二次电池的安全性能。对于采用双层膜片的正极，如Journal of The Electrochemical Society，2007：154(5)A412-A416就揭示了一种改善锂离子二次电池安全性能的方法，其先在集流体上涂覆一层底层磷酸铁锂活性物质，然后再在磷酸铁锂上涂覆一层钴酸锂活性物质，以形成具有双层膜片的正极片，这种方案具有双层膜片的正极片确实可以提高锂离子二次电池的安全性能，改善锂离子二次电池的过充性能。但是，由于磷酸铁锂的电压平台低于钴酸锂活性物质的电压平台，使得这种双层膜片混合电压平台低导致放电容量少，并且活性物质克容量与现有技术中的克容量相比，有所减少。

其次，采用双层膜片正极的如中国专利CN101471435A，其公开了一种锂离子二次电池的正极，该正极包括集流体和涂覆在该集流体上的涂覆层和正极材料层，所述涂覆层位于集流体和正极材料层之间，其中，所述涂覆层含有正极活性物质、正温度系数材料和粘结剂。以此电极为正极制备的可充锂电池，对过充，受热和短路都有灵敏响应的特点，可满足安全需要。很显然，底层的正温度系数材料的代替活性物质，使得降低了整个正极极片的能量密度，在专利中也未提到对活性物质的克容量有所提高。

而对于单独使用包覆材料，如中国专利CN1319192C，其公开了一种二次锂离子电池，这种电池所用的正极材料就是采用表面包覆，该方法的得到的电池有更好的高温性能，循环稳定，抗过充性。但单独使用不能在相同充电状态下提高克容量的发挥，也不能改变低温性能等。

目前，通常的锂离子二次电池无论是采用多层正极膜片还是采用正常膜片(特指单层正极膜片)，安全性能和能量密度同时提高是很艰难的事情，活性材料的克容量发挥基本也达到了极限水平。原因在于采用单层的正极极片在电池放电过程中，由于活性物质一样，而远离集流体的活性物质比较靠近阳极，从而得到从阳极传输过来的锂离子更加容易，但内部的活性物质(靠近集流体的)只能得到少量的阳极传输过来的锂离子，随着放电倍率越大，这种现象越明显。这种浓差极化现象在用包覆金属氧化物的正极活性物质涂覆的正极极片中也是如此。如何减弱这种嵌锂过程发生的浓度极化是解决问题的关键。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中正极放电过程的正极极片中的浓差极化的问题，而提供一种锂离子二次电池正极极片及使用该正极极片的锂离子二次电池，使得采用该正极的锂离子二次电池能实现能量密度和安全性能同时提高，克容量发挥也进一步提升。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：