[发明专利]一种锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种具有高能量密度和大倍率充放电特性的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池作为一种清洁环保的功能元件，目前已经在越来越多的领域得到了越来越广泛的应用，例如，在消费电子产品领域、电动车领域、储能系统领域以及最近新兴的平衡车领域等。

其中，人们常用的消费电子产品，如手机和笔记本电脑等使用功率越来越大，因此它们对锂离子电池的续航能力要求也越来越大。锂离子电池的续航能力主要体现在其能量密度以及充电速度两个方面。目前，锂离子电池的能量密度的提升已日益艰难，而拓展锂离子电池的充电速度，缩短单位电量的充电时间是增强续航能力的有效途径。

提高锂离子电池的充电速度可从改善充电方法、改善电池化学体系和改善电池结构等方面进行。至今已有诸多专利或专利申请公开了改变充电方法以提升充电速度的技术方案，但关于可快充的电池化学体系，尤其是涉及高能量密度的可快充的电池化学体系的报道较少。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种在保证膜片不脱膜的前提下，既可以提高电池的能量密度，又可以提高其大倍率充放电特性的锂离子电池。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种锂离子电池，包括正极片、负极片、间隔设置于所述正极片和所述负极片之间的隔离膜，以及电解液，所述正极片包括正极集流体和设置于所述正极集流体表面的正极活性物质层，按质量百分比计，所述正极活性物质层包括如下组分：

正极活性物质98.1％～99.8％；

正极导电剂0.1％～1％；

正极粘接剂0.1％～1％；

所述正极导电剂为碳纤维、碳纳米管、碳纳米棒和石墨烯中的至少一种，或者为碳纤维、碳纳米管、碳纳米棒、磷状石墨、石墨烯中的至少一种与炭黑的混合物。这些正极导电剂中，碳纤维、碳纳米管、碳纳米棒均为一维材料，磷状石墨和石墨烯均为二维材料，炭黑为零维材料。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

首先，使用一维/二维导电材料或一维/二维导电材料与零维材料炭黑混用作为导电剂，可以更好地串联正极活性物质颗粒，导电效果更佳，从而可以降低导电剂的含量，同时，这些导电剂还起到类似粘结剂的作用，一维/二维导电剂的尺寸比活性物质颗粒的直径大很多，可起到一定束缚作用，二维导电剂则可直接包裹多个活性颗粒，类似于粘结剂从而可以适当降低粘接剂的含量，提高正极活性物质含量，进而提升能量密度。

其次，由于粘接剂为非导电性高分子物质，其包覆在正极活性物质表面可以起到连接相邻的颗粒的作用，但是如此就阻碍了导电剂的电子传导，对电极的动力学影响较大，因此，降低粘接剂的含量可较大程度地提升倍率性能，具体而言，降低粘接剂的含量可改善正极电子电导以及正极的脱嵌锂动力学性能，降低极化，增大充电过程的恒流时间，从而提升充电速度。但是，粘接剂的含量又不能太小，否则正极膜片容易脱膜。实践证明，本发明中，正极粘接剂的含量在0.1％～1％之内是可以保证正极膜片不发生脱膜的。

再次，包覆在正极活性颗粒表面的粘接剂属于离子导体，但不导电子，而导电剂则属电子导体，但不导离子。一维/二维导电材料或一维/二维导电材料与零维材料炭黑混用作为导电剂加入后，与粘接剂交互连结成导电网络，这个导电网络不仅是离子导体也是电子导体，可大幅增加电子转移的活性位点，同时也提供了锂离子在电极表面嵌入脱出的导电通道。如此可大大提升电芯的倍率性能。

总而言之，本发明通过巧妙地选择合理的配方和适合的导电剂，可以在保证膜片不脱膜的前提下，既提高电池的能量密度，又提高电池的大倍率充放电特性(即大倍率循环性能)和充电速度。

作为本发明锂离子电池的一种改进，所述负极片包括负极集流体和设置于所述负极集流体表面的负极活性物质层，按质量百分比计，所述负极活性物质层包括如下组分：

负极活性物质80％～97％；

负极导电剂1％～18％；

负极粘接剂1％～18％；

负极稳定剂1％～18％。

作为本发明锂离子电池的一种改进，所述正极活性物质为镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂、钴酸锂、镍酸锂和磷酸铁锂中的至少一种。

作为本发明锂离子电池的一种改进，所述正极活性物质掺杂有质量占活性物质的重量百分比为0.1％-1％的金属元素，所述金属元素选自Mg、Zr、Ti、Zn、V和Cr中的至少一种。在正极活性物质内掺杂金属元素可以提高其结构稳定性。