[发明专利]一种高安全性锂离子正极材料及采用该材料的锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，特别是涉及一种具有高安全性正极材料，及其使用这种正极材料的锂离子电池。

背景技术

由于锂离子电池的高能量密度和功率密度，目前已经成为最有潜力的动力与储能电源。在实际应用中，由于环境的复杂性，锂离子电池经常会出现着火、爆炸等安全问题，所以，大容量、高比能锂离子电池的安全性成为制约锂离子电池发展的关键因素。

锂离子电池的安全性问题可以分为电池设计与电池材料问题两大方面。电池设计主要包括正负极种类、配比，粘结剂种类、隔膜类型、极耳种类，焊接封装方式、电解液体系等，要使电池散热性能好，内部极片电流分布均匀；另外，还要考虑当异常情况发生时，电池体系向外传递热量的速度能否大于体系产生热量的速度。

选用安全性较高的材料能从根本上解决锂离子电池的安全问题。研究认为，正极材料的稳定性是电池发生着火、爆炸的关键所在。当电池内正极的温度超过150℃时，正极材料就会与电解液发生剧烈的反应，伴随着发热与产气，造成电池着火、爆炸。因此解决正极材料的安全问题，可以极大地改善锂离子电池的安全性。

目前，改善电池安全性的方法如专利CN1606183A中：在制备电极时，即匀浆的过程中，将PTC材料与正极金属氧化物、导电剂、粘结剂混合在一起，这样会造成正温度系数（PTC）材料在极片上的分布不均匀，从而引起电池阻值较大或在电池发生安全问题时，极片上局部过热从而造成热失控，不能确保电池的安全性。在专利CN 102376939 A中，采用核壳结构的正极材料，把PTC材料包覆在正极材料的表面，这样可以很大程度的改善电池的安全性，但由于所用正极材料的颗粒特性，所以会造成表面包覆的PTC材料不均匀，从而影响正极材料的容量与导电性，影响电池的性能。

因此，发明一种既具有高安全性又不影响正极活性物质容量与导电性的正极材料是解决锂离子电池安全问题的关键因素。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中存在的锂离子电池的安全问题，提供一种具有高安全性正温度效应的锂离子电池正极材料及采用该正极材料的锂离子电池。

为此，本发明提供了一种高安全性锂离子正极材料，所述高安全性锂离子正极材料包括锂离子金属氧化物的一次粒子以及具有良好导电性的PTC高分子聚合物，锂离子金属氧化物与所述PTC高分子聚合物通过预处理，得到锂离子金属氧化物与PTC高分子聚合物均匀掺杂的二次粒子。

优选的，所述PTC高分子聚合物是具有热膨胀性正温度效应的高分子聚合物，在常温下其电阻率<10Ω·cm。

优选的，所述锂离子金属氧化物的一次粒子为锂离子金属氧化物，包括：磷酸铁锂及改性磷酸铁锂、锰酸锂及改性锰酸锂、钴酸锂及改性钴酸锂、镍钴锰酸锂及改性镍钴锰酸锂、富锂锰基氧化合物及改性富锂锰基氧化合物中的一种或几种。

优选的，所述PTC高分子聚合物占正极锂离子金属氧化物重量比为1%-5%。

优选的，掺杂所述PTC高分子聚合物的基底是结晶聚合物或非晶聚合物中的一种或多种，基底的熔点或玻璃化转变温度在80℃-110℃，优选在发生转变时伴随着体积的膨胀。

优选的，掺杂所述PTC高分子聚合物的填充导电剂为导电炭黑、碳纤维、碳纳米管、或导电金属粒子中的一种或多种。

本发明提供了一种使用所述高安全性锂离子正极材料的锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液，所述锂离子电池的正极片采用所述高安全性锂离子正极材料。

由以上本发明提供的技术方案可见，本发明具有以下技术效果：所述高安全性锂离子正极材料是通过预处理把正极锂离子金属氧化物与具有热膨胀性的PTC高分子聚合物掺杂成为均匀的二次颗粒；其正极材料中的PTC高分子聚合物均匀地分布在正极锂离子金属氧化物之中，常温下不影响正极的导电性，而在电池的温度升高到80℃及以上时，掺杂的PTC高分子聚合物一方面体积发生膨胀阻断正极颗粒之间的连接，另一方面自身电阻急剧增加，阻断电流，从而更有效的保证了锂离子电池的安全性。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面对本发明作进一步的详细说明：一种高安全性锂离子正极材料，所述高安全性锂离子正极材料包括锂离子金属氧化物的一次粒子以及具有良好导电性的PTC高分子聚合物，锂离子金属氧化物与所述PTC高分子聚合物通过预处理，得到锂离子金属氧化物与PTC高分子聚合物均匀掺杂的二次粒子。