[发明专利]锂电池正极极片及其制备方法与采用该正极极片的锂电池

说明书

本发明公开了锂电池正极极片及其制备方法与采用该正极极片的锂电池，属于锂离子动力电池领域。正极极片包括正极集流体、正极涂覆层所述正极集流体具有相对的两个表面，所述正极涂覆层在所述正极集流体的至少一个表面上；所述正极涂覆层包括从正极集流体一侧向外分别为第一涂覆层、第二涂覆层和第三涂覆层。本发明的正极极片中的富锂锰酸锂价格低廉，几种材料混合，可以降低材料和电池成本，增加效益。本发明的技术工艺方法简单，不改变电池和电池包的尺寸前提下，电池容量得到提升，增加了电池的安全性能。

技术领域

本发明属于锂离子动力电池领域，具体涉及锂电池正极极片及其制备方法与采用该正极极片的锂电池。

背景技术

富锂锰基固溶体正极材料用xLi[Li_1/3Mn_2/3]O₂·(1-x)LiMO₂来表达，其中M为过渡金属(Mn、Ni、Co、Ni-Mn等)，分子式也可写为Li[Li_x/3Mn_2x/3·M_1-x]O₂。由于富锂正极材料组分复杂(M/Mn组合方式以及x的变化)，导致其材料的结构非常复杂，材料差异与材料的制备方式也有很大的关系。富锂锰基固溶体正极材料中富锂锰酸锂Li(Li_1/3Mn_2/3)O₂，是比较成熟的材料，富锂锰酸锂Li(Li_1/3Mn_2/3)O₂材料有着跟其它正极材料很不一样的充放电机理，在首次充放电过程中Li离子脱出/嵌入会导致材料结构变化。一般来说首次充电可以分为两步：第一步，当电压小于4.5V时，随着Li⁺的脱出，过渡金属离子发生氧化还原反应，在Li层中的Li脱嵌的同时，材料的过渡金属层中位于八面体位置的Li会扩散到Li层中的四面体位置，以补充Li离子，并提供额外的键能保持氧紧密堆积结构的稳定性，因此可以看作低锂状态时富锂材料的一个蓄水池，具有保持结构稳定的作用；第二步，当电压高于4.5V时，锂层和过渡金属层共同脱出Li⁺，同时锂层两侧的氧也一起脱出，高充电电压时富锂正极材料的电极表面也会有O₂析出。结果首次充电结束后净脱出为Li₂O，在随后的放电过程中净脱出的Li₂O不能回到的晶格中。富锂锰酸锂可以采用很多方法进行制备，但是具有工业意义的合成方法仅限于共沉淀法。共沉淀法根据沉淀剂的不同又可以分为氢氧化物体系、碳酸盐体系和草酸盐体系。

富锂锰酸锂材料的D₅₀是3.5-4.3μm，颗粒比较小，一般情况D_max＜20μm，比表面积0.45±0.1m²/g，振实密度≥2g/cm³，PH值≤12，此款材料具有比较好的加工性能，在汽车电池的应用中也非常广泛。

石墨烯(Graphene)是一种以sp²杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料。石墨烯具有优异的光学、电学和力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景。石墨烯常见的粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法，薄膜生产方法为化学气相沉积法(CVD)，石墨烯有良好的导电性，在室温下的载流子迁移率约为15000cm²/(V·s)，这一数值超过了硅材料的10倍，是已知载流子迁移率最高的物质锑化铟(InSb)的两倍以上。在某些特定条件下如低温下，石墨烯的载流子迁移率甚至可高达250000cm²/(V·s)。与很多材料不一样，石墨烯的电子迁移率受温度变化的影响较小，50～500K之间的任何温度下，单层石墨烯的电子迁移率都在15000cm²/(V·s)左右。