[发明专利]锂离子电池电极复合材料及其制备方法以及电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池电极复合材料及其制备方法，以及包含该电极复合材料的锂离子电池。

背景技术

目前，随着电动汽车及便携式电子设备如手机、数码相机和笔记本电脑等的迅猛发展，市场对高功率、高能量密度电池的需求越来越大。锂离子电池是迄今为止已经实用化的电池中电压最高、能量密度最大的电池，具有良好的发展前景。

锂离子电池主要由电极、隔膜以及电解液构成。其中，锂离子电池的发展很大程度上取决于电极活性材料性能的提高。目前，锂离子电池的正极活性材料主要有LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄以及LiFePO₄等；负极活性材料主要是碳材料如石墨等。传统电极的制作方法是将电极活性材料颗粒与导电剂以及粘结剂混合在一起制成浆料然后涂覆于集流体表面，并热处理涂覆后的集流体制成电极。然而，这种电极稳定性不高，致使锂离子电池充放电性能较差，此外，应用该电极的锂离子电池在较高温度下的循环过程中容量衰减较为严重。

现有技术中将磷酸铝包覆于锂离子电池正极活性物质表面，提高锂离子电池正极的热稳定性(请参阅文献“Correlation between AlPO₄nanoparticle coating thickness on LiCoO₂cathode and thermal stablility”J.Cho，Electrochimica Acta 48(2003)2807-2811)。

现有技术中用磷酸铝包覆正极活性物质的方法是先制备磷酸铝颗粒分散于水中形成的分散液，并将正极活性物质颗粒加入这种制备好的磷酸铝颗粒的分散液中，通过吸附的作用使磷酸铝颗粒吸附在正极活性物质大颗粒表面，再将分散液中的水蒸干，并在700℃下热处理，形成表面具有磷酸铝颗粒的正极活性物质。然而，由于磷酸铝不溶于水，磷酸铝颗粒在水中分散时可能形成团聚，并且当将大量正极活性物质加入磷酸铝分散液中时，先加入的正极活性物质吸附大量磷酸铝颗粒，后加入的正极活性物质颗粒则可能吸附不到足够的磷酸铝颗粒。请参阅图9，即使能够很好的包覆，上述方法决定该产物600从微观上看是磷酸铝以小颗粒602的形态分布在正极活性物质大颗粒604表面，并非一层均匀磷酸铝物质层。因此，通过上述方法在正极活性物质表面形成的磷酸铝包覆层不够均匀。从而使应用该正极活性物质的锂离子电池循环性能不好。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种锂离子电池电极复合材料及其制备方法，以及包含该电极复合材料的锂离子电池，以提高锂离子电池的热稳定性。

一种锂离子电池电极复合材料，包括电极活性材料颗粒以及包覆于该电极活性材料颗粒表面的保护膜。该保护膜的成分为Al_xM_yPO₄以及Al_xM_y(PO₃)₃中的一种或该两种物质的混合物；其中M的价态为k，M为Cr、Zn、Cu、Mg、Zr、Mo、V、Nb及Ta中的一种或多种的混合；0＜x＜1，0＜y＜1且3x+ky＝3。

一种锂离子电池电极复合材料的制备方法，包括如下步骤：提供锂离子电池改性剂和电极活性材料颗粒，其中该改性剂包括含磷酸根的磷源、三价铝源以及金属氧化物在液相溶剂中的混合；混合该电极活性材料颗粒和该锂离子电池改性剂，形成一混合物，以及干燥并热处理该混合物。

一种锂离子电池，包括至少一正极片和负极片，该正极片包括至少一正极材料层，该负极片包括至少一负极材料层，其中，该正极材料层和负极材料层中的至少一种包含上述电极复合材料。

相较于现有技术，可以较容易地在电极活性材料颗粒表面均形成保护膜，还能使每个电极活性材料颗粒表面完全被保护膜包覆，且包覆于电极活性材料颗粒表面的保护膜厚度较薄且均匀连续，该保护膜可以在隔绝锂离子电池电解液与电极活性材料颗粒之间的电子迁移的同时使离子通过，从而一方面避免了锂离子电池电极与电解液之间的副反应，提高了电池的热稳定性以及电池容量保持性能，另一方面由于该电极活性材料颗粒表面的保护膜较薄，不会降低锂离子电池的电化学性能。

附图说明

图1是本发明实施例提供的锂离子电池集流体结构侧视示意图。

图2是传统锂离子电池集流体的SEM照片。

图3是本发明实施例提供的锂离子电池集流体的SEM照片。