[发明专利]一种高电压钴酸锂石墨电池及其制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种高电压钴酸锂/石墨电池，包括正极片、负极片、设置于正极片和负极片之间的隔膜以及电解液；正极片包括正极集流体以及涂覆在正极集流体上的正极活性材料层，正极活性材料层包括正极活性材料、导电剂、正极粘结剂和正极预成膜添加剂，正极活性材料为掺杂包覆改性钴酸锂；负极片包括负极集流体以及涂覆在负极集流体上的负极活性材料层，负极活性材料层包括负极活性材料、负极粘结剂和分散剂，负极活性材料为碳包覆石墨；高电压钴酸锂/石墨电池的充电截止电压为4.48V。本发明制备的高电压钴酸锂/石墨电池，能量密度高，循环性能好、安全性能高，并具有快速充电和低温充电能力。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种高电压钴酸锂/石墨电池及其制备方法。

背景技术

钴酸锂具有制备工艺稳定可靠、充放电容量高、充放电电压平稳、循环使用次数多等优点，是目前广泛使用的锂离子电池正极材料，特别是在3C电池中，占据了绝对的主导地位。

现3C类产品对续航、充电速度有迫切需求，在不增加电芯体积的情况下，电芯能量密度的提升变得很有必要。

现有电芯中钴酸锂的克容量约为172mAh/g(充电截止电压为4.40V，平台电压3.83V)。然而，当提高电池的充电电压(即充电截止电压从4.40V提高到4.48V，克容量可提升到185mAh/g，平台电压3.88V)时会引起钴酸锂过度脱锂，高脱锂态下的电荷不平衡，会引发晶体结构膨胀收缩，导致畸变晶胞和位错发生，使钴酸锂晶体结构的稳定性降低，循环性能大幅度降低。另外，在高电压条件下，Co⁴⁺与碳酸酯类电解液发生氧化还原反应，导致电解液分解和产气；同时生成Co²⁺溶出，使钴酸锂发生不可逆的容量衰减，严重缩短了电芯的循环性能；在高温下时，该过程释放大量的热，严重时甚至会发生爆炸，电池的安全性能也将面临极大的挑战因此。故仅将电芯电压升高到4.48V，而不对钴酸锂做处理时，无法满足实际性能需求。

另外，现有钴酸锂/石墨电池的负极材料一般为未经碳包覆处理的人造石墨，其不利于锂离子快速扩散，大电流快速充电时，容易出现析锂，存在安全隐患，难以满足实际需求。

由此可见，现有的电池体系无法满足4.48V高电压钴酸锂/石墨电池对循环寿命、充电速度的需求。因此，改进现有钴酸锂电池体系，以降低钴酸锂表面的氧化性，提高钴酸锂的结构稳定性并且满足电池的快充需求具有重要意义。

发明内容

本发明的目的之一在于：提供一种高电压钴酸锂/石墨电池，能量密度高，循环性能好、安全性能高，并具有快速充电和低温充电能力。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高电压钴酸锂/石墨电池，包括正极片、负极片、设置于所述正极片和所述负极片之间的隔膜以及电解液；所述正极片包括正极集流体以及涂覆在所述正极集流体上的正极活性材料层，所述正极活性材料层包括正极活性材料、导电剂、正极粘结剂和正极预成膜添加剂，所述正极活性材料为掺杂包覆改性钴酸锂；所述负极片包括负极集流体以及涂覆在所述负极集流体上的负极活性材料层，所述负极活性材料层包括负极活性材料、负极粘结剂和分散剂，所述负极活性材料为碳包覆石墨；所述高电压钴酸锂/石墨电池的充电截止电压为4.48V。需要说明的是，正极活性材料为掺杂包覆改性钴酸锂，能够避免钴酸锂过度脱锂，提高钴酸锂晶体的结构稳定性。在制备正极浆料的过程中，正极预成膜添加剂随导电剂一起附着在掺杂包覆改性钴酸锂颗粒表面，降低正极表面与电解液的接触，从而一定程度上防止4价钴对电解液的氧化。由于常规的石墨无法满足快速充电的需求，将负极材料设计为碳包覆石墨，能满足高电压钴酸锂/石墨电池的快充需求。通过以上对电池体系的优化，使得钴酸锂/石墨电池的充电截止电压能够达到4.48V，并且避免出现电池发生气胀导致循环性能降低的情况发生。

作为本发明所述的高电压钴酸锂/石墨电池的一种改进，所述掺杂包覆改性钴酸锂的制备方法包括：