一种锂离子二次电池的正极片及包括该正极片的电池制造技术

本发明专利技术涉及一种锂离子二次电池的正极片，该正极片含有导电基体和涂覆在该导电基体两面的正极材料层，所述正极材料层含有正极活性物质和粘结剂，所述正极活性物质含有橄榄石结构的磷酸金属锂盐，其中，所述正极材料层双面的面密度为１０－４０毫克／厘米↑［２］，所述磷酸金属锂盐的粒子直径为０．５－５微米。本发明专利技术还涉及一种锂离子二次电池，该锂离子二次电池包括本发明专利技术提供的正极片。由本发明专利技术锂离子二次电池的正极片制成的锂离子二次电池，具有高倍率、大电流并具有高安全性能，适合用作动力电池。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种锂离子二次电池的正极片，还涉及包括该正极片的锂离子二次电池。
技术介绍
一般来说，锂离子二次电池的正极片含有导电基体和涂覆在该导电基体两面的正极材料层，所述正极材料层含有正极活性物质和粘结剂，有时还含有导电剂。为了保证锂离子二次电池具有较高的容量，要求锂离子二次电池正极极片的双面面密度大于或等于40毫克/厘米2。在目前商用的锂离子二次电池的正极活性物质中，锂钴氧(LiCoO2)凭借良好的循环(可逆充放电大于500次)和较大的放电容量(140毫安小时/克)以及高的放电平台而占据了大于95％的市场份额。但是LiCoO2本身有着无法弥补的缺陷，一是钴属于稀有金属，在地壳中的储量极少，因而价格昂贵；二是LiCoO2作为正极材料的电池在电池过充或过热时会与电解液发生剧烈反应，放出大量的热量而导致电池失火或爆炸，因此安全性能较差。自上个世纪九十年代以来，价格较低同时对环境没有污染的锂镍氧(LiNiO2)、镍锰氧(LiMn2O4)一直被认为是最有可能替代LiCoO2的材料。近年的研究表明，LiNiO2的层状结构稳定性差，化学计量的LiNiO2在低温下难以合成，而高温合成条件下又会发生锂镍的混合占位。通过精确的条件控制(氧气气氛中750℃温度下培烧24小时)，才可以合成LiNiO2。它是有较高的初始比容量(初始充电容量达到200毫安小时/克)，但是循环性能特别差，在10个循环之后容量即低于LiCoO2。LiMn2O4虽然合成简单、价格便宜并且安全性好，但是LiMn2O4比容量-->小(120毫安小时/克)，而且在高温条件下(例如55℃以上)的循环寿命较差，尽管经过成分掺杂和表面化学处理，循环寿命仍无法满足实际使用的要求。因此，锂电池工业，特别是大功率动力锂电池需要一种成本较低、容量较大和更加安全的正极活性物质。CN1821063A公开了一种合成类球形磷酸金属盐的方法，该磷酸金属盐LiMPO4可以作为一种锂离子电池阴极材料，具有循环性能优良，安全性能好的优点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种使锂离子二次电池具有高倍率、大电流放电性能的锂离子二次电池的正极片，并提供包括该正极片的锂离子二次电池。本专利技术提供了一种锂离子二次电池的正极片，该正极片含有导电基体和涂覆在该导电基体两面的正极材料层，所述正极材料层含有正极活性物质和粘结剂，所述正极活性物质含有橄榄石结构的磷酸金属锂盐，其中，所述正极材料层的双面面密度为10至小于40毫克/厘米2，所述磷酸金属锂盐的粒子直径为0.5-5微米。本专利技术还提供了一种锂离子二次电池，该锂离子二次电池包括电池壳体、电极组和电解液，电极组和电解液密封在电池壳体内，电极组包括依次卷绕或叠置的正极片、隔膜和负极片，其中，所述正极片为本专利技术的正极片。本专利技术提供的锂离子二次电池的正极极片采用的正极活性物质为粒子直径0.5-5微米的橄榄石结构的磷酸金属锂盐，且双面面密度完全不同于常规的双面面密度，为10至小于40毫克/厘米2，这样的组合的本专利技术提供的正极片在相同敷料面积下涂覆的量较少，正极片厚度较薄，因此使得锂离子在正负极片之间脱嵌和嵌入经过的距离短，有利于短时间内大量锂离子的脱嵌，因此，采用本专利技术提供的正极片的锂离子二次电池的大电流、大倍率放-->电性能得到大大提高，而且，令人意外的是，同时，双面面密度的降低，并没有明显降低电池的容量。此外，由于橄榄石结构金属化合物锂盐本身结构比较稳定，所以采用本专利技术提供的正极片的锂离子二次电池还具有较高的安全性能。具体实施方式本专利技术的锂离子二次电池的正极片，含有导电基体和涂覆在该导电基体两面的正极材料层，所述正极材料层含有正极活性物质和粘结剂，所述正极活性物质含有橄榄石结构的磷酸金属锂盐，其中，所述正极材料层的双面面密度为10至小于40毫克/厘米2，所述磷酸金属锂盐的粒子直径为0.5-5微米。按照本专利技术，所述正极材料层的双面面密度指正极材料层的双面材料层的质量与该材料层的面积的比值。根据本专利技术提供的锂离子二次电池的正极片，采用橄榄石结构的磷酸金属锂盐作为正极活性物质，该磷酸金属锂盐的分子式为LiMPO4，其中M为Fe、Mn、Co或Ni中一种或几种。橄榄石结构的磷酸金属锂盐由于本身结构比较稳定，P-O的键能很高，因此在一般情况下，P-O键不容易断裂，也不会析出氧气。而在LiCoO2结构中，Co-O键脆弱，在过充或者高温条件下Co-O键断裂，析出氧气，造成安全隐患。所以采用橄榄石结构磷酸金属锂盐制作的电池具有高的安全性能。本专利技术电池正极片所采用的橄榄石结构磷酸金属锂盐，其粒子直径要求在0.5-5微米之间。这是因为这种粒子直径的橄榄石结构磷酸金属锂盐充放电时能缩短锂离子脱嵌和嵌入的距离，加快氧化还原反应的进行，因而提高电池的倍率放电性能。粒子直径低于0.5微米时，正极拉浆制片时容易发生-->掉料，制片加工困难。粒子直径高于5微米时，锂离子脱嵌和嵌入的距离太长，氧化还原反应速度放慢，倍率性能变差。根据本专利技术提供的锂离子二次电池的正极片，其中，粒子直径为0.5-5微米的橄榄石结构的磷酸金属锂盐可以通过商购获得，例如天津先导有限公司生产的磷酸铁锂，也可以通过任何已知的制备方法获得，例如CN1821063A中所公开的方法。根据本专利技术提供的锂离子二次电池的正极片，其中，所述导电基体为本领域技术人员所公知，例如可以选自铝箔、铜箔或各种冲孔钢带。根据本专利技术提供的锂离子二次电池的正极片，其中，所述粘结剂的种类和含量为本领域技术人员所公知，例如，所述粘结剂可以选自含氟树脂和/或聚烯烃化合物，如聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)或丁苯橡胶(SBR)中的一种或几种。一般来说，所述粘结剂的含量为正极活性物质的0.01-8重量％，优选为1-5重量％。根据本专利技术提供的锂离子二次电池的正极片，在优选情况下，所述正极活性材料还可以含有导电剂，所述导电剂的种类和含量为本领域技术人员所公知，例如，所述导电剂可以选自乙炔黑、导电碳黑和导电石墨中的一种或多种。所述导电剂的含量为正极活性物质的0-15重量％，优选为0.5-10重量％。本专利技术的锂离子二次电池的正极片可以采用本领域的技术人员公知的现有的方法制备。例如，常规的正极片的制备方法包括，将正极活性物质和粘结剂与溶剂混合成浆液，在浆液中还可以加入导电剂，然后在宽幅导电基体上涂覆该浆液，接着干燥，辊轧并分切，得到正极片。其中，与正极活性物质和粘结剂混合的溶剂可以选自本领域技术人员公知的常规的溶剂，如可以选自N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)、二乙基甲酰胺(DEF)、二甲基亚砜(DMSO)、四氢呋喃(THF)-->以及水和醇类中的一种或几种。溶剂的用量使所述浆料能够涂覆到所述导电基体上即可。一般来说，溶剂的用量使浆液中正极活性物质的含量为40-90重量％，优选为50-85重量％。干燥和辊压的条件为本领域技术人员所公知的，例如干燥正极片的温度一般为60-120℃，优选80-110℃，干燥时间为0.5-5小时。经过辊压并分切后的正极片的双面面密度要求达到10至小于40毫克/厘米2之间。正极片的双面面密度太小的时候，正极片长度太长，电池空间被无效物质浪费严重，导致电池的容量太低。正极片的双面面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子二次电池的正极片，该正极片含有导电基体和涂覆在该导电基体两面的正极材料层，所述正极材料层含有正极活性物质和粘结剂，所述正极活性物质含有橄榄石结构的磷酸金属锂盐，其特征在于，所述正极材料层双面面密度为１０至小于４０毫克／厘米↑［２］，所述磷酸金属锂盐的粒子直径为０．５－５微米。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子二次电池的正极片，该正极片含有导电基体和涂覆在该导电基体两面的正极材料层，所述正极材料层含有正极活性物质和粘结剂，所述正极活性物质含有橄榄石结构的磷酸金属锂盐，其特征在于，所述正极材料层双面面密度为10至小于40毫克/厘米2，所述磷酸金属锂盐的粒子直径为0.5-5微米。2.根据权利要求1所述的正极片，其中，所述正极材料层双面的面密度为12-35毫克/厘米2，所述磷酸金属锂盐的粒子直径为0.5-4微米。3.根据权利要求1所述的正极片，其中，所述磷酸金属锂盐具有如下分子式：LiMPO4，其中，M选自Fe、Mn、Co或Ni。4.根据权利要求1所述的正极片，其中，以正极活性物质的重量为基准，粘结剂的含量为0.01-8重量％。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：江文锋，肖峰，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]