[发明专利]一种锂离子正极涂层及锂离子电池

说明书

本发明公开了一种锂离子正极涂层及锂离子电池，锂离子正极涂层的正极活性物质选用改性后的磷酸铁锂材料，通过掺杂锰、钴、镍等元素，降低了磷酸铁锂自身的阻抗，提升了磷酸铁锂的电子导电能力和锂离子导电能力，在低温条件下实现锂离子自由快速迁移；导电粘结剂均匀地分散于正极活性物质之间、正极活性物质与集流体之间，起到粘结作用；导电粘结剂具有羧酸锂和羟基锂官能团，因而具备导电能力；导电粘结剂与导电材料先行超声混合充分均匀，提升导电能力；并与匀浆过程加入的导电剂协同作用，形成完整、密集的三维导电网络，降低锂离子正极涂层的电阻，有利于提升以涂覆有锂离子正极涂层的锂离子电池正极片为正极的锂离子电池的低温放电性能。

技术领域

本发明涉及一种锂离子二次电池技术领域，具体涉及一种锂离子正极涂层及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池因具有能量密度高、小巧轻便、循环寿命长、无记忆效应等优点，已经在消费类电子产品、电动汽车产品中取得广泛应用。

但是由于锂离子电池对使用温度极为敏感，在低于0℃的环境下，锂离子电池的电池放电容量大幅度降低，所以限制了其在北方地区的应用。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供锂离子正极涂层及锂离子电池，能提高锂离子电池在低温环境下的放电容量，满足北方市场的需求。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

一种锂离子正极涂层，由重量百分比计的以下组分组成：2-6wt％的导电粘结剂、0.5-6wt％的导电剂和补足100％的正极活性物质；其中，正极活性物质的的分子式为LiM_xFe_(1-x)PO₄，其中，M为Ni、Co和Mn中的一种或几种，x＝0.04-0.3，较优值为0.05-0.25；导电粘结剂为丙烯酸类多元共聚物和导电材料的混合乳液，所述丙烯酸类多元共聚物的结构为链状结构，链状结构上连接有含锂官能团，导电材料包括导电石墨、导电炭黑、SP、乙炔黑、碳纳米管、VGCF和石墨烯中的一种或几种；导电剂包括导电石墨、导电炭黑、SP、乙炔黑、碳纳米管、VGCF和石墨烯中的一种或几种。

具体地，磷酸铁锂通过掺杂锰、钴和镍等元素，锰、钴和镍元素进入到磷酸铁锂晶体的内部，部分还取代了铁的位置，提高了晶体的电导率，从而降低了磷酸铁锂自身的阻抗，提升了磷酸铁锂的电子导电能力和锂离子导电能力，从而提高了电子和锂离子的扩散速度，在低温条件下实现锂离子自由快速迁移，完成充放电过程。丙烯酸多元类共聚物属于有机高分子酯类物质，由其单体丙烯酸通过聚合反应制得。

常规的粘结剂为聚偏二氟乙烯(PVDF)，不具备导电性。丙烯酸类多元共聚物起到粘结、导电作用。丙烯酸类多元共聚物分子量高，提供优良的粘结能力，能将正极活性物质、导电剂与集流体稳定地粘结成整体，保持锂离子正极涂层、锂离子电池正极片的结构完整。由于其官能团含锂，该含锂官能团具有导电能力，使锂离子正极粘结剂具备传导电子及传导锂离子的能力，极大地降低了锂离子正极涂层的电阻，进而降低涂覆有该锂离子正极涂层的锂离子电池正极片在低温下的阻抗。导电材料一般为粒径极小(纳米级)的颗粒，在制备正极浆料中极易发生团聚，从而在正极浆料中分布不均匀，不利于降低锂离子正极涂层的阻抗。先将丙烯酸类多元共聚物与导电材料超声混合后，导电材料充分利用了粘结剂的链状结构，均匀分布在丙烯酸类多元共聚物的链条上，因此其分散效果更佳；此时再引入正极活性物质进行制浆搅拌，极其有效地避免了导电材料颗粒的团聚，增强了涂覆有该锂离子正极涂层的正极片的导电能力，降低了正极片低温环境下的阻抗，从而达到提升锂离子电池低温性能的目的。为降低锂离子正极涂层的阻抗和增强导电能力，通常在制备过程还会加入导电剂。

进一步，所述含锂官能团包括羧酸锂和/或羟基锂。丙烯酸类多元共聚物的单体为丙烯酸。丙烯酸本身具有碳碳双键、羧基(-COOH)和羟基(-OH)官能团，上述官能团经过锂化反应即生成羧酸锂和羟基锂。