[发明专利]一种锂离子电池正极片

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，更具体地说，本发明涉及一种较高经济使用性和安全性的锂离子电池正极片。

背景技术

当前，与镍氢、镍镉电池相比，锂离子电池在3C（计算机、通讯、消费电子产品）领域以绝对优势处于领先地位；同时，为了适应节能环保要求，电动车（包括电动自行车和电动汽车）具有广阔的市场前景。作为电动车的动力源，锂离子电池具有非常大的竞争力。无论是3C电子消费领域或电动车应用领域，由于对电源能量的高要求使得电池必须按一定的方式进行并联和串联使用。电池的这种成组使用要求电池单体必须具有良好的一致性。但是，由于目前电池制造工艺、设备的限制和原材料来料性能的差异，造成锂离子电池（尤其是高容量电池）的一致性有待改善；另外，电池在成组使用时，往往因放置位置不同，散热的环境不同等，使得电池的实际发挥容量有所差别。这样电池在实际使用过程中非常容易过充或过放，导致电池严重的安全隐患。

作为一类新型的正极材料，镍钴锰酸锂具备较高的能量密度、低廉的价格以及良好的循环性能，镍钴锰酸锂已经成为3C产品和电动自行车用锂离子电池的有竞争力的材料。但是，目前市场常规的镍钴锰酸锂材料（如：镍：钴：锰 = 5:2:3、4：4：2等）因为镍所占的比例较高，材料制做过程中形成的层状结构不是很完整。在电池制作时环境控制不严或使用不当的情况下，镍钴锰酸锂的结构不完整性容易导致电池的循环性能衰减大、安全性能差（尤其是针刺、过充）等系列问题。在配组使用时，该缺陷更加显著、放大化。

有鉴于此，有必要提供一种改性的、具有较高安全性能的镍钴锰酸锂圆柱锂离子电池。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种具有较高安全性的锂离子电池正极片。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种锂离子电池正极片，包括正极集流体和涂覆在正极集流体上的正极膜片，正极膜片包括正极活性物质、导电剂和粘结剂，其中正极活性物质为磷酸铁锂、镍钴锰酸锂和锰酸锂的混合物。

所述正极活性物质、导电剂和粘结剂的重量份配比分别为93～94份、3.8～4.5份和2.6～3.0份。

所述镍钴锰酸锂、磷酸铁锂和锰酸锂的重量份配比为60～98份、1～20份、1～20份。

所述导电剂为碳黑、气相生长的碳纤维、超导碳黑和导电石墨中的至少一种。

所述粘结剂为聚偏二氟乙烯（PVDF）。

所述磷酸铁锂的粒径为1～3微米，镍钴锰酸锂和锰酸锂的粒径均为10～14微米。

相对于现有的镍钴锰酸锂电池技术，本发明锂离子电池的正极片中含有镍钴锰酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂；镍钴锰酸锂具有较高的克比容量，标称平台电压3.7V。但是，该材料的结构不完整性容易导致所得电池的热稳定性差、抗过充性能差，尤其体现在其较差的针刺性能几乎成了行业的难题；磷酸铁锂结构稳定，热稳定性好，安全性能优异，缺点是平台电压和振实密度比较低；锰酸锂矿资源比较丰富，价格低廉，平台电压高达3.8V, 安全性能优异，耐过充性能优越，缺点是克容量低，如高温型锰酸锂的克容量仅为100～105mAh/g。 因此，本发明提出将镍钴锰酸锂与安全性能优异的磷酸铁锂和锰酸锂混合，制备改性型的高安全性镍钴锰酸锂正极材料。所得的正极材料中，高电压成分（即锰酸锂）的存在有利于混合材料充放电电压平台的提高、而将粒径较小的磷酸铁锂（D50：1～3微米）与粒径较大的镍钴锰酸锂和锰酸锂（D50：10～14微米）通过不同质量比的混合可以提高所得混合材料的振实密度，有利于电池容量的提高。进而，磷酸铁锂和锰酸锂较低的成本奠定了本发明混合正极材料较高的经济使用性。

混合材料中镍钴锰酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂的重量比对所得材料的综合性能取到关键性的作用。一方面，镍钴锰酸锂含量较小（比如，低于60%）的混合正极材料电容量较小；另一方面，如果正极活性物质不含有磷酸铁锂和锰酸锂容量互补，在使用不当的情况下容易导致过充，造成安全隐患。由于本发明的正极片中的活性物质使用镍钴锰酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂的混合物，使得该锂离子电池具有较高的安全性和经济使用价值。

本发明有益效果在于：

在镍钴锰酸锂材料中加入磷酸铁锂和锰酸锂，达到了优势互补，消减缺点的良好效果，使制得的锂电子电池具有较高的安全性和经济性；而且无需制备新材料，只是将上述三种材料进行混合均匀即可，因此与现有技术相比降低了材料成本，提高了材料安全性，操作更加简单。

具体实施方式