[发明专利]一种锂离子电池正极膜及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域。具体地，本发明涉及一种锂离子电池正极膜及其制备和应用。

背景技术

锂离子电池于上世纪80年代初商业化以来，因其具有电压高、比能量高、循环寿命长、无环境污染等特点，已广泛应用于移动电话、笔记本电脑、小型摄像机等便携式电子设备中；锂离子电池还可以代替传统的石油、天然气等非再生资源，在电动工具、电动自行车、电动汽车、太阳能电池和风能电池储能、卫星及航天等领域中得到更加广泛应用，从而在保护环境、节约非再生性能源等方面起到重要作用。

迄今为止，锂离子的正极材料主要有钴酸锂、镍酸锂、镍钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰锂、磷酸钒锂等化合物及其改性复合物。商业化的负极材料主要有表面改性的天然石墨、中间相碳微球、钛酸锂，少量的无定形碳、硬碳、人造石墨，以及正在研究的碳硅材料、硅材料、氮基材料、锗基材料、金属合金等。电解液主要为碳酸酯类、醚类、腈类等有机溶剂和六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂等溶质中的一种或几种的混合溶液。

在锂离子电池中，能为锂离子电池在充放电过程中提供能量传输介质Li⁺的只有正极材料和电解液中的溶质。目前已经证明，在锂离子电池首次充放电循环时，在锂电池的负极材料表面会形成一种固体电解质薄膜（SEI），同时随着锂电池的循环过程，锂离子和电解液中的锂离子在嵌入到负极材料后不能完全脱出，这两种情况会导致锂电池的容量衰减和循环效率的降低，尤其是首次循环效率降低更明显。

目前常用的电池添加剂包括负极添加剂、电解液添加剂、导电剂添加剂三个方面，应用于负极成膜、阻燃、防过充等功能。如中国专利201010611339.7中，公开了一种负极添加剂，其中负极添加剂具有通式F(CF2CF2)m·(CH2CH2O)n·R。其中，含氟醚化物的添加能使负极浆料混合更均匀，提高电解液保有量，一定程度上提高了电池的容量和循环性能，但制备方法复杂，产生有毒物质多。

因此，本领域迫切需要开发一种解决在锂电池的充放电循环过程中，减少其容量衰减和提高其循环效率的锂离子电池领域的方法和产品。

发明内容

针对上述锂离子电池的容量衰减和循环效率降低这一问题，本发明目的在于提供一种含有锂离子补充剂的锂离子电池正极膜以及相应的电池。

本发明的第一方面，提供了一种锂电池正极膜，所述的正极膜包括：

(i)嵌锂过渡金属氧化物正极材料；

(ii)掺于所述正极材料或导电剂之中的和/或涂覆于锂离子电池正极表面的锂离子补充剂；以及

(iii)导电剂和粘结剂。

在另一优选例中，所述的嵌锂过渡金属氧化物正极材料选自下组：钴酸锂、镍酸锂、镍钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰锂、磷酸钒锂、或其组合。

在另一优选例中，所述的导电剂包括碳黑、石墨、碳纳米管、石墨烯等。

在另一优选例中，所述的粘结剂包括聚偏氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）、羧甲基纤维素（CMC）、苯乙烯与丁二烯的共聚物（SBR）。

在另一优选例中，所述的正极膜还含有集流体铝箔。

在另一优选例中，所述的锂离子补充剂包括：锂氧化合物、锂盐、烷基锂化合物、或其组合。

在另一优选例中，所述的锂氧化合物包括：氧化锂、过氧化锂、超氧化锂、或其组合；

所述的烷基锂化合物包括：甲醇锂、乙醇锂、异丙醇锂、乙基锂、异丙基锂、丁基锂或其组合；

所述的锂盐包括：碳酸锂、硼氢化锂、氟化锂、氮化锂、硫化锂、过硫化锂、或其组合。

在另一优选例中，所述的锂离子补充剂为固态或液态。

在另一优选例中，所述的锂离子补充剂占嵌锂过渡金属氧化物正极材料的质量百分比为0.5～10%，更佳地为1～3%。

本发明的第二方面，提供了一种制备本发明第一方面所述的锂电池正极膜的方法，所述方法包括：(a1)提供一正极材料浆料，所述浆料含有嵌锂过渡金属氧化物正极材料、锂离子补充剂、以及导电剂和粘结剂；和将所述浆料通过涂覆压片后真空干燥的方式制成正极膜；或

所述方法包括：(a2)将锂离子补充剂与导电剂混匀之后加入嵌锂过渡金属氧化物正极材料以及粘结剂，通过涂覆压片后真空干燥的方式制成正极膜；或

所述方法包括：(a3)将锂离子补充剂涂覆于烘干的锂离子电池正极表面，从而形成含所述锂离子补充剂的锂电池正极膜。

本发明第三方面，提供了一种锂离子电池，包含本发明第一方面所述的电池正极膜。