專利名稱：電池正極及使用該正極的鋰離子電池以及它們的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種電池正極及使用該正極的電池以及它們的制備方法，具體來說，本發(fā)明是關(guān)于一種電池正極及使用該正極的鋰離子電池以及它們的制備方法。
背景技術(shù)：
鋰離子電池作為一種化學(xué)電源，指分別用兩個(gè)能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負(fù)極構(gòu)成的二次電池。當(dāng)電池充電時(shí)，鋰離子從正極中脫嵌，在負(fù)極中嵌入，放電時(shí)反之。鋰離子電池主要包括電極組和非水電解液，所述電極組和非水電解液密封在電池殼體內(nèi)，所述電極組包括電池電極及隔膜，所述電池電極包括正極和負(fù)極，所述正極包括導(dǎo)電基體及涂覆和/或填充在導(dǎo)電基體上的正極材料，所述正極材料包括正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘合劑。電池正極制備方法包括將含有正極材料與溶劑的漿料涂覆和/或填充在導(dǎo)電基體上，干燥，壓延或不壓延。
目前常用的鋰離子電池正極材料中的正極活性材料主要有鋰鈷氧(LiCoO2)、鋰鎳氧(LiNiO2)和鎳錳氧(LiMn2O4)。LiCoO2具有良好的循環(huán)(可逆充放電大于500次)和較大的放電容量(140mAh/g)，但是LiCoO2本身有著無(wú)法彌補(bǔ)的缺陷一是鈷屬于稀有金屬，在地殼中的儲(chǔ)量極少，因而價(jià)格昂貴，同時(shí)鈷有毒，對(duì)環(huán)境有破壞作用；二是LiCoO2在過充電(充電電壓高于4.2V)容易發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞，熱穩(wěn)定性較差，因此充電電壓低(充電電壓的上限值為4.2V)。LiNiO2和LiMn2O4的價(jià)格較低、對(duì)環(huán)境沒有污染，但是LiNiO2的層狀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，而且化學(xué)計(jì)量的LiNiO2在低溫下難以合成、在高溫合成條件下又會(huì)發(fā)生鋰鎳的混合占位。LiMn2O4的合成簡(jiǎn)單，但是比容量小(120mAh/g)，而且由于高價(jià)的錳離子在較高的溫度下易于與電解液發(fā)生反應(yīng)，LiMn2O4的高溫(50℃)循環(huán)性能極差。
因此，近來很多研究者將研究重點(diǎn)放在了LiNiCoMnO2三元體系上，例如CN1614801A公開了一類新型的的鋰離子電池用多元復(fù)合正極材料，該正極材料的組成表達(dá)式為L(zhǎng)iCoxNiyMn1-x-yO2，式中0.1≤x≤0.6，0.1≤y≤0.5，x+y≤1。這類復(fù)合正極材料具有充電電壓高、比容量高和熱穩(wěn)定性能良好的優(yōu)點(diǎn)。充電電壓的提高可以提高正極的比容量，但是在較高的充電電壓下，由于現(xiàn)有的正極導(dǎo)電劑的比表面積太大，電解液的有機(jī)溶劑容易在正極的導(dǎo)電劑表面發(fā)生分解反應(yīng)，導(dǎo)致電解液減少，使得電池的循環(huán)性能較差。同時(shí)，如果采用比表面較小的導(dǎo)電劑將可以減少電解液分解的反應(yīng)，但是這樣就會(huì)使正極的導(dǎo)電性能受到影響，使電池容量較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的是克服現(xiàn)有的使用LiNiCoMnO2復(fù)合材料的鋰離子電池循環(huán)性能較差、電池容量較低的缺點(diǎn)，提供一種能同時(shí)改善鋰離子電池循環(huán)性能并提高電池容量的電池正極及使用該正極的鋰離子電池。
本發(fā)明的另外一個(gè)目的是提供電池正極的制備方法及使用該正極的鋰離子電池的制備方法。
本發(fā)明提供了一種鋰離子電池正極，該正極包括導(dǎo)電基體及涂覆和/或填充在導(dǎo)電基體上的正極材料，所述正極材料包括正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘合劑，所述正極活性物質(zhì)為L(zhǎng)iNixCoyMn1-x-yO2，0.1≤x≤0.5，0.1≤y≤0.5，其中，所述導(dǎo)電劑含有片狀導(dǎo)電劑和球狀導(dǎo)電劑。
本發(fā)明提供了一種鋰離子電池正極的制備方法，該方法包括將含有正極材料與溶劑的漿料涂覆和/或填充在導(dǎo)電基體上，干燥，壓延或不壓延，所述正極材料包括正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘合劑，所述正極活性物質(zhì)為L(zhǎng)iNixCoyMn1-x-yO2，0.1≤x≤0.5，0.1≤y≤0.5，其中，所述導(dǎo)電劑含有片狀導(dǎo)電劑和球狀導(dǎo)電劑。
本發(fā)明提供了一種鋰離子電池，該鋰離子電池包括電極組和非水電解液，所述電極組和非水電解液密封在電池殼體內(nèi)，所述電極組包括正極、負(fù)極及隔膜，所述正極包括導(dǎo)電基體及涂覆和/或填充在導(dǎo)電基體上的正極材料，所述正極材料包括正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘合劑，所述正極活性物質(zhì)為L(zhǎng)iNixCoyMn1-x-yO2，0.1≤x≤0.5，0.1≤y≤0.5，其中，所述導(dǎo)電劑含有片狀導(dǎo)電劑和球狀導(dǎo)電劑。
本發(fā)明提供了一種鋰離子電池的制備方法，該方法包括制備該電池的正極和負(fù)極，并且將正極、負(fù)極和隔膜制備成一個(gè)電極組，將得到的電極組和電解液密封在電池殼中，所述正極的制備方法包括將含有正極材料與溶劑的漿料涂覆和/或填充在導(dǎo)電基體上，干燥，壓延或不壓延，所述正極材料包括正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘合劑，所述正極活性物質(zhì)為L(zhǎng)iNixCoyMn1-x-yO2，0.1≤x≤0.5，0.1≤y≤0.5，其中，所述導(dǎo)電劑含有片狀導(dǎo)電劑和球狀導(dǎo)電劑。
本發(fā)明提供的鋰離子電池正極的導(dǎo)電劑含有片狀導(dǎo)電劑和球狀導(dǎo)電劑，由于片狀碳材料如天然石墨的平均粒徑相對(duì)較大，其比表面積較小，一般在50米2/克以下；而球狀的碳材料如乙炔黑的平均粒徑相對(duì)較小，其比表面積較大，在200米2/克左右，這兩種導(dǎo)電劑相互填充在正極的不同類型的空隙中，很好地起到了導(dǎo)電的作用，提高鋰離子電池的電池容量，同時(shí)又有效的避免正極材料中導(dǎo)電劑比表面過大的缺點(diǎn)，抑制電解液的分解，從而改善鋰離子電池的循環(huán)性能。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了的鋰離子電池正極包括導(dǎo)電基體及涂覆和/或填充在導(dǎo)電基體上的正極材料，所述正極材料包括正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘合劑，所述正極活性物質(zhì)為L(zhǎng)iNixCoyMn1-x-yO2，0.1≤x≤0.5，0.1≤y≤0.5，其中，所述導(dǎo)電劑含有片狀導(dǎo)電劑和球狀導(dǎo)電劑。
所述片狀導(dǎo)電劑的比表面積為10-50米2/克，優(yōu)選為20-45米2/克。片狀導(dǎo)電劑的種類包括石墨，優(yōu)選為天然石墨。所述天然石墨比表面積為10-50米2/克，優(yōu)選為20-45米2/克。其中，在本發(fā)明中，比表面積采用低溫氮吸附BET法測(cè)定。以所述正極活性物質(zhì)的重量為基準(zhǔn)，所述片狀導(dǎo)電劑的含量為0.2-5重量％，優(yōu)選為0.5-3重量％。
所述球狀導(dǎo)電劑的比表面積為80-850米2/克，優(yōu)選為100-800米2/克。球狀導(dǎo)電劑的種類包括乙炔黑和碳黑。所述乙炔黑的比表面積為80-350米2/克，優(yōu)選為100-300米2/克。所述碳黑的比表面積為400-850米2/克，優(yōu)選為450-800米2/克。以所述正極活性物質(zhì)的重量為基準(zhǔn)，所述球狀導(dǎo)電劑的含量為0.2-5.5重量％，優(yōu)選為0.5-5重量％。
按照本發(fā)明提供的鋰離子電池正極，所述正極活性物質(zhì)為L(zhǎng)iNixCoyMn1-x-yO2，其中0.1≤x≤0.5，0.1≤y≤0.5。該正極活性物質(zhì)已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，可以商購(gòu)得到，也可以通過現(xiàn)有的方法制備，例如CN1614801A中公開的方法。
所述粘合劑的種類和含量為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，例如含氟樹脂和聚烯烴化合物如聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、丁苯橡膠(SBR)中的一種或幾種。一般來說，根據(jù)所用粘合劑種類的不同，以正極活性物質(zhì)的重量為基準(zhǔn)，粘合劑的含量為0.01-8重量％，優(yōu)選為0.02-5重量％。
所述正極導(dǎo)電基體的種類已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，例如可以選自鋁箔、沖孔鋼帶。在本發(fā)明的具體實(shí)施方式
中使用鋁箔作為正極導(dǎo)電基體。
所述正極的制備方法可以采用常規(guī)的制備方法。例如，將所述正極材料與溶劑混合，涂覆和/或填充在所述導(dǎo)電基體上，干燥，壓延或不壓延，即可得到所述正極。優(yōu)選情況下，先將球狀導(dǎo)電劑與片狀導(dǎo)電劑混合均勻，然后將混合均勻的導(dǎo)電劑、正極活性物質(zhì)、粘合劑與溶劑混合均勻形成漿料，將該漿料涂覆和/或填充在導(dǎo)電基體上，干燥，壓延或不壓延。其中，所述的溶劑可以選自N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)、二乙基甲酰胺(DEF)、二甲基亞砜(DMSO)、四氫呋喃(THF)中的一種或幾種；溶劑的用量能夠使所述糊狀物具有粘性和流動(dòng)性，能夠涂覆到所述導(dǎo)電基體上即可。一般來說以正極活性物質(zhì)的重量為基準(zhǔn)，所述溶劑的含量30-90重量％，優(yōu)選為35-85重量％。其中，干燥，壓延的方法和條件為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知。
本發(fā)明所提供的鋰離子電池包括電極組和非水電解液，所述電極組和非水電解液密封在電池殼體內(nèi)，所述電極組包括正極、負(fù)極及隔膜。除了使用由本發(fā)明提供的正極以外，可以使用常規(guī)的負(fù)極、隔膜、非水電解液。
由于本發(fā)明提供的鋰離子電池的正極活性物質(zhì)為L(zhǎng)iNixCoyMn1-x-yO2，其中0.1≤x≤0.5，0.1≤y≤0.5，因此本發(fā)明提供的鋰離子電池的充電電壓大于或等于4.4伏。
所述隔膜設(shè)置于正極和負(fù)極之間，具有電絕緣性能和液體保持性能。所述隔膜可以選自鋰離子電池中所用的各種隔膜，如聚烯烴微多孔膜、聚乙烯氈、玻璃纖維氈、或超細(xì)玻璃纖維紙。所述隔膜的位置、性質(zhì)和種類為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知。
所述負(fù)極的組成為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知。一般來說，負(fù)極包括導(dǎo)電基體及涂覆和/或填充于導(dǎo)電基體上的負(fù)極材料，所述負(fù)極材料包括負(fù)極活性物質(zhì)和負(fù)極粘合劑。
所述負(fù)極活性物質(zhì)沒有特別限制，可以使用本領(lǐng)域常規(guī)的可嵌入釋出鋰的負(fù)極活性物質(zhì)，比如天然石墨、人造石墨、石油焦、有機(jī)裂解碳、中間相碳微球、碳纖維、錫合金、硅合金中的一種或幾種，優(yōu)選天然石墨。
所述負(fù)極粘合劑的種類和含量為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，例如含氟樹脂和聚烯烴化合物如聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、丁苯橡膠(SBR)中的一種或幾種；一般來說，根據(jù)所用粘合劑種類的不同，以負(fù)極活性物質(zhì)的重量為基準(zhǔn)，負(fù)極粘合劑的含量為0.01-8重量％，優(yōu)選為0.02-5重量％。
所述負(fù)極材料還可以包括導(dǎo)電劑，所述導(dǎo)電劑沒有特別限制，可以為本領(lǐng)域常規(guī)的負(fù)極導(dǎo)電劑，比如碳黑、鎳粉、銅粉中的一種或幾種。以負(fù)極活性物質(zhì)的重量為基準(zhǔn)，所述導(dǎo)電劑的含量為0-15重量％，優(yōu)選為2-10重量％。
負(fù)極導(dǎo)電基體可以為鋰離子電池中常規(guī)的負(fù)極導(dǎo)電基體，如沖壓金屬，金屬箔，網(wǎng)狀金屬，泡沫狀金屬，在本發(fā)明的具體實(shí)施方案中使用銅箔作為負(fù)極導(dǎo)電基體。
所述負(fù)極的制備方法可以采用常規(guī)的制備方法。例如，將負(fù)極材料與溶劑混合，涂覆和/或填充在所述導(dǎo)電基體上，干燥，壓延或不壓延，即可得到所述負(fù)極。其中，所述的溶劑可以選自N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)、二乙基甲酰胺(DEF)、二甲基亞砜(DMSO)、四氫呋喃(THF)以及水和醇類中的一種或幾種。溶劑的用量能夠使所述糊狀物具有粘性和流動(dòng)性，能夠涂覆到所述導(dǎo)電基體上即可。一般來說，以負(fù)極活性物質(zhì)的重量為基準(zhǔn)，所述溶劑的含量30-90重量％，優(yōu)選為35-85重量％。其中，干燥，壓延的方法和條件為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知。例如，所述干燥的溫度一般為100-150℃。
所述非水電解液為電解質(zhì)鋰鹽和非水溶劑的混合溶液，對(duì)它沒有特別限定，可以使用本領(lǐng)域常規(guī)的非水電解液。比如電解質(zhì)鋰鹽選自六氟磷酸鋰(LiPF6)、高氯酸鋰、四氟硼酸鋰、六氟砷酸鋰、鹵化鋰、氯鋁酸鋰及氟烴基磺酸鋰中的一種或幾種。有機(jī)溶劑選用鏈狀酸酯和環(huán)狀酸酯混合溶液，其中鏈狀酸酯可以為碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸二丙酯(DPC)以及其它含氟、含硫或含不飽和鍵的鏈狀有機(jī)酯類中的至少一種，環(huán)狀酸酯可以為碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸亞乙烯酯(VC)、γ-丁內(nèi)酯(γ-BL)、磺內(nèi)酯以及其它含氟、含硫或含不飽和鍵的環(huán)狀有機(jī)酯類中的至少一種。電解液的注入量一般為1.5-4.9g/Ah，電解液的濃度一般為0.5-2.9摩/升。
按照本發(fā)明提供的鋰離子電池的制備方法，除了所述正極按照本發(fā)明提供的方法制備之外，其它步驟為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知。一般來說，通過隔膜層將所述制備好的正極和負(fù)極纏繞隔開形成電極組，將得到的電極組和電解液密封在電池殼中，即可得到本發(fā)明提供的鋰離子電池。位于正極與負(fù)極之間的隔膜層的卷繞方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，在此不再贅述。
下面將通過實(shí)施例來更詳細(xì)地描述本發(fā)明。
實(shí)施例1該實(shí)施例說明本發(fā)明提供的正極和含該正極的鋰離子電池及它們的制備方法。
(1)正極的制備將4.5重量份的球狀導(dǎo)電劑乙炔黑(比表面積為150米2/克)和0.5重量份的片狀導(dǎo)電劑天然石墨(比表面積為40米2/克)混合均勻。
將100重量份正極活性物質(zhì)LiNi0.33Co0.33Mn0.34O2、4重量份粘合劑PVDF、5重量份上述混合均勻的導(dǎo)電劑加入到40重量份N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，然后在真空攪拌機(jī)中攪拌形成均勻的正極漿料。
將該漿料均勻地涂布在寬400毫米、厚20微米的鋁箔上，然后120℃烘干、輥壓之后在分切機(jī)上分切得到尺寸為385毫米×42毫米×135微米的正極，其中含有4.8克正極混合料。
(2)負(fù)極的制備將100重量份負(fù)極活性物質(zhì)天然石墨、4重量份粘合劑聚四氟乙烯(PTFE)、4重量份導(dǎo)電劑炭黑加入到40重量份二甲亞砜(DMSO)中，然后在真空攪拌機(jī)中攪拌形成穩(wěn)定、均一的負(fù)極漿料。
將該漿料均勻地涂布在寬400毫米、厚10微米的銅箔上，經(jīng)120℃烘干、輥軋之后在分切機(jī)上分切得到尺寸為43毫米×355毫米×135微米的負(fù)極，其中含有2.7克負(fù)極混合料。
(3)電池的裝配將LiPF6與碳酸乙烯酯(EC)及碳酸二乙酯(DEC)配置成LiPF6濃度為1.0摩爾/升的溶液(其中，EC與DEC的體積比為1∶1)，得到非水電解液。將(1)得到的正極、隔膜層、(2)得到的負(fù)極依次用卷繞機(jī)層疊卷繞成渦卷狀的電極組，將得到的電極組放入一端開口的電池殼中，并以3.8g/Ah的量注入上述非水電解液，密封后制成鋰離子電池A1。
實(shí)施例2該實(shí)施例說明本發(fā)明提供的正極和含該正極的鋰離子電池及它們的制備方法。
(1)正極的制備將4重量份的球狀導(dǎo)電劑碳黑(比表面積為600米2/克)和1重量份的片狀導(dǎo)電劑天然石墨(比表面積為25米2/克)混合均勻。
將100重量份正極活性物質(zhì)LiNi0.1Co0.1Mn0.8O2、1重量份粘合劑PVDF、5重量份上述混合均勻的導(dǎo)電劑加入到70重量份N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，然后在真空攪拌機(jī)中攪拌形成均勻的正極漿料。
將該漿料均勻地涂布在寬400毫米、厚20微米的鋁箔上，然后120℃烘干、輥壓之后在分切機(jī)上分切得到尺寸為385毫米×42毫米×135微米的正極，其中含有4.8克正極混合料。
(2)負(fù)極的制備將100重量份負(fù)極活性物質(zhì)天然石墨、2重量份粘合劑聚四氟乙烯(PTFE)、6重量份導(dǎo)電劑炭黑加入到70重量份二甲亞砜(DMSO)中，然后在真空攪拌機(jī)中攪拌形成穩(wěn)定、均一的負(fù)極漿料。
將該漿料均勻地涂布在寬400毫米、厚10微米的銅箔上，經(jīng)120℃烘干、輥軋之后在分切機(jī)上分切得到尺寸為43毫米×355毫米×135微米的負(fù)極，其中含有2.7克負(fù)極混合料。
(3)電池的裝配將LiPF6與碳酸乙烯酯(EC)及碳酸二乙酯(DEC)配置成LiPF6濃度為1.0摩爾/升的溶液(其中，EC與DEC的體積比為1∶1)，得到非水電解液。將(1)得到的正極、隔膜層、(2)得到的負(fù)極依次用卷繞機(jī)層疊卷繞成渦卷狀的電極組，將得到的電極組放入一端開口的電池殼中，并以3.8g/Ah的量注入上述非水電解液，密封后制成鋰離子電池A2。
實(shí)施例3該實(shí)施例說明本發(fā)明提供的正極和含該正極的鋰離子電池及它們的制備方法。
(1)正極的制備將2重量份的球狀導(dǎo)電劑碳黑(比表面積為500米2/克)、1重量份球狀導(dǎo)電劑乙炔黑(比表面積為200米2/克)和1.5重量份的片狀導(dǎo)電劑天然石墨(比表面積為30米2/克)混合均勻。
將100重量份正極活性物質(zhì)LiNi0.45Co0.45Mn0.1O2、3重量份粘合劑PVDF、4.5重量份上述混合均勻的導(dǎo)電劑加入到70重量份N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，然后在真空攪拌機(jī)中攪拌形成均勻的正極漿料。
將該漿料均勻地涂布在寬400毫米、厚20微米的鋁箔上，然后120℃烘干、輥壓之后在分切機(jī)上分切得到尺寸為385毫米×42毫米×135微米的正極，其中含有4.8克正極混合料。
(2)負(fù)極的制備將100重量份負(fù)極活性物質(zhì)天然石墨、2重量份粘合劑聚四氟乙烯(PTFE)、6重量份導(dǎo)電劑炭黑加入到70重量份二甲亞砜(DMSO)中，然后在真空攪拌機(jī)中攪拌形成穩(wěn)定、均一的負(fù)極漿料。
將該漿料均勻地涂布在寬400毫米、厚10微米的銅箔上，經(jīng)120℃烘干、輥軋之后在分切機(jī)上分切得到尺寸為43毫米×355毫米×135微米的負(fù)極，其中含有2.7克負(fù)極混合料。
(3)電池的裝配將LiPF6與碳酸乙烯酯(EC)及碳酸二乙酯(DEC)配置成LiPF6濃度為1.0摩爾/升的溶液(其中，EC與DEC的體積比為1∶1)，得到非水電解液。將(1)得到的正極、隔膜層、(2)得到的負(fù)極依次用卷繞機(jī)層疊卷繞成渦卷狀的電極組，將得到的電極組放入一端開口的電池殼中，并以3.8g/Ah的量注入上述非水電解液，密封后制成鋰離子電池A3。
實(shí)施例4該實(shí)施例說明本發(fā)明提供的正極和含該正極的鋰離子電池及它們的制備方法。
(1)正極的制備將2重量份的球狀導(dǎo)電劑碳黑(比表面積為700米2/克)和2重量份的片狀導(dǎo)電劑天然石墨(比表面積為30米2/克)混合均勻。
將100重量份正極活性物質(zhì)LiNi0.2Co0.2Mn0.6O2、3重量份粘合劑PVDF、4.5重量份上述混合均勻的導(dǎo)電劑加入到70重量份N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，然后在真空攪拌機(jī)中攪拌形成均勻的正極漿料。
將該漿料均勻地涂布在寬400毫米、厚20微米的鋁箔上，然后120℃烘干、輥壓之后在分切機(jī)上分切得到尺寸為385毫米×42毫米×135微米的正極，其中含有4.8克正極混合料。
(2)負(fù)極的制備將100重量份負(fù)極活性物質(zhì)天然石墨、2重量份粘合劑聚四氟乙烯(PTFE)、6重量份導(dǎo)電劑炭黑加入到70重量份二甲亞砜(DMSO)中，然后在真空攪拌機(jī)中攪拌形成穩(wěn)定、均一的負(fù)極漿料。
將該漿料均勻地涂布在寬400毫米、厚10微米的銅箔上，經(jīng)120℃烘干、輥軋之后在分切機(jī)上分切得到尺寸為43毫米×355毫米×135微米的負(fù)極，其中含有2.7克負(fù)極混合料。
(3)電池的裝配將LiPF6與碳酸乙烯酯(EC)及碳酸二乙酯(DEC)配置成LiPF6濃度為1.0摩爾/升的溶液(其中，EC與DEC的體積比為1∶1)，得到非水電解液。將(1)得到的正極、隔膜層、(2)得到的負(fù)極依次用卷繞機(jī)層疊卷繞成渦卷狀的電極組，將得到的電極組放入一端開口的電池殼中，并以3.8g/Ah的量注入上述非水電解液，密封后制成鋰離子電池A4。
實(shí)施例5該實(shí)施例說明本發(fā)明提供的正極和含該正極的鋰離子電池及它們的制備方法。
(1)正極的制備將1重量份的球狀導(dǎo)電劑乙炔黑(比表面積為240米2/克)和2.5重量份的片狀導(dǎo)電劑天然石墨(比表面積為30米2/克)混合均勻。
將100重量份正極活性物質(zhì)LiNi0.15Co0.35Mn0.5O2、3重量份粘合劑PVDF、4.5重量份上述混合均勻的導(dǎo)電劑加入到70重量份N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，然后在真空攪拌機(jī)中攪拌形成均勻的正極漿料。
將該漿料均勻地涂布在寬400毫米、厚20微米的鋁箔上，然后120℃烘干、輥壓之后在分切機(jī)上分切得到尺寸為385毫米×42毫米×135微米的正極，其中含有4.8克正極混合料。
(2)負(fù)極的制備將100重量份負(fù)極活性物質(zhì)天然石墨、2重量份粘合劑聚四氟乙烯(PTFE)、6重量份導(dǎo)電劑炭黑加入到70重量份二甲亞砜(DMSO)中，然后在真空攪拌機(jī)中攪拌形成穩(wěn)定、均一的負(fù)極漿料。
將該漿料均勻地涂布在寬400毫米、厚10微米的銅箔上，經(jīng)120℃烘干、輥軋之后在分切機(jī)上分切得到尺寸為43毫米×355毫米×135微米的負(fù)極，其中含有2.7克負(fù)極混合料。
(3)電池的裝配將LiPF6與碳酸乙烯酯(EC)及碳酸二乙酯(DEC)配置成LiPF6濃度為1.0摩爾/升的溶液(其中，EC與DEC的體積比為1∶1)，得到非水電解液。將(1)得到的正極、隔膜層、(2)得到的負(fù)極依次用卷繞機(jī)層疊卷繞成渦卷狀的電極組，將得到的電極組放入一端開口的電池殼中，并以3.8g/Ah的量注入上述非水電解液，密封后制成鋰離子電池A5。
對(duì)比例1本對(duì)比例說明參比正極及鋰離子電池及其它們的制備方法。
按照與實(shí)施例1相同的方法及各物質(zhì)的含量制備參比正極及包含該正極的鋰離子電池AC1，不同的是正極導(dǎo)電劑為5重量份乙炔黑(比表面積為150米2/克)代替實(shí)施例1中的4.5重量份乙炔黑(比表面積為150米2/克)和0.5重量份天然石墨(比表面積為40米2/克)。
比較例2本對(duì)比例說明參比正極及鋰離子電池及其它們的制備方法。
按照與實(shí)施例1相同的方法及各物質(zhì)的含量制備參比正極及包含該正極的鋰離子電池AC2，不同的是正極導(dǎo)電劑為5重量份天然石墨(比表面積為40米2/克)代替實(shí)施例1中的4.5重量份乙炔黑(比表面積為150米2/克)和0.5重量份天然石墨(比表面積為40米2/克)。
比較例3本對(duì)比例說明參比正極及鋰離子電池及其它們的制備方法。
按照與實(shí)施例1相同的方法及各物質(zhì)的含量制備參比正極及包含該正極的鋰離子電池AC3，不同的是正極導(dǎo)電劑中乙炔黑的比表面積為75米2/克。
性能測(cè)試采用下面的電池容量測(cè)試方法和循環(huán)性能測(cè)試方法分別測(cè)定實(shí)施例1-5得到的鋰離子電池A1-A5以及對(duì)比例1-3得到的鋰離子電池AC1-AC3的充放電容量和循環(huán)性能，結(jié)果如表1所示。
電池容量測(cè)試方法以恒壓充電方式進(jìn)行充電，限制電流為0.1C(65mA)，終止電壓為4.4伏；以恒流放電方式進(jìn)行放電，放電電流為1C(650mA)，放電的截止電壓為3.0伏，并記錄在放電曲線的中點(diǎn)的放電電壓。
循環(huán)測(cè)試23℃條件下，將電池分別以1C電流充電至4.2V，在電壓升至4.4V后以恒定電壓充電，截止電流為0.05C，擱置10分鐘；電池以1C電流放電至3.0V，擱置5分鐘。重復(fù)以上步驟500次，得到電池100次循環(huán)后1C電流放電至3.0V的容量，由下式計(jì)算循環(huán)前后容量維持率容量維持率＝(第100次循環(huán)放電容量/首次循環(huán)放電容量)×100％容量維持率高表示電池的循環(huán)性能良好，容量維持率低表示電池的循環(huán)性能差。
表1

從表1的結(jié)果可以看出，雖然比較例1得到的鋰離子電池AC1的充電容量和放電容量較高，但是該電池的循環(huán)性能差；雖然比較例2得到的鋰離子電池AC2的循環(huán)性能較好，但是該電池的充電容量和放電容量低；比較例3得到的鋰離子電池AC3的循環(huán)性能、充電容量和放電容量均不太理想。與對(duì)比例1-3得到的鋰離子電池相比，本發(fā)明提供的鋰離子電池具有較高的充電容量和放電容量，同時(shí)保持良好的循環(huán)性能。
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池正極，該正極包括導(dǎo)電基體及涂覆和/或填充在導(dǎo)電基體上的正極材料，所述正極材料包括正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘合劑，所述正極活性物質(zhì)為L(zhǎng)iNixCoyMn1-x-yO2，0.1≤x≤0.5，0.1≤y≤0.5，其特征在于，所述導(dǎo)電劑含有片狀導(dǎo)電劑和球狀導(dǎo)電劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極，其中，所述片狀導(dǎo)電劑的比表面積為10-50米2/克，所述球狀導(dǎo)電劑的比表面積為80-850米2/克；以所述正極活性物質(zhì)的重量為基準(zhǔn)，所述片狀導(dǎo)電劑的含量為0.2-5重量％，所述球狀導(dǎo)電劑的含量為0.2-5.5重量％。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的正極，其中，所述片狀導(dǎo)電劑的比表面積為20-45米2/克，所述球狀導(dǎo)電劑的比表面積為100-800米2/克；以所述正極活性物質(zhì)的重量為基準(zhǔn)，所述片狀導(dǎo)電劑的含量為0.5-3重量％，所述球狀導(dǎo)電劑的含量為0.5-5重量％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極，其中，所述片狀導(dǎo)電劑為天然石墨；所述球狀導(dǎo)電劑為乙炔黑和/或碳黑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的正極，其中，所述乙炔黑的比表面積為100-300米2/克，所述碳黑的比表面積為450-800米2/克。
6.權(quán)利要求1所述正極的制備方法，該方法包括將含有正極材料與溶劑的漿料涂覆和/或填充在導(dǎo)電基體上，干燥，壓延或不壓延，所述正極材料包括正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘合劑，所述正極活性物質(zhì)為L(zhǎng)iNixCoyMn1-x-yO2，0.1≤x≤0.5，0.1≤y≤0.5，其特征在于，所述導(dǎo)電劑含有片狀導(dǎo)電劑和球狀導(dǎo)電劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的正極的制備方法，其中，所述片狀導(dǎo)電劑的比表面積為10-50米2/克，所述球狀導(dǎo)電劑的比表面積為80-850米2/克；以所述正極活性物質(zhì)的重量為基準(zhǔn)，所述片狀導(dǎo)電劑的含量為0.2-5重量％，所述球狀導(dǎo)電劑的含量為0.2-5.5重量％。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的正極，其中，所述片狀導(dǎo)電劑的比表面積為20-45米2/克，所述球狀導(dǎo)電劑的比表面積為100-800米2/克；以所述正極活性物質(zhì)的重量為基準(zhǔn)，所述片狀導(dǎo)電劑的含量為0.5-3重量％，所述球狀導(dǎo)電劑的含量為0.5-5重量％。
9.一種鋰離子電池，該電池包括電極組和非水電解液，所述電極組和非水電解液密封在電池殼體內(nèi)，所述電極組包括正極、負(fù)極及隔膜，其特征在于，所述正極為權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的正極。
10.權(quán)利要求9所述鋰離子電池的制備方法，該方法包括制備該電池的正極和負(fù)極，并且將正極、負(fù)極和隔膜制備成電極組，將得到的電極組和電解液密封在電池殼中，其特征在于，所述正極為權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的正極。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種鋰離子電池正極，該正極包括導(dǎo)電基體及涂覆和/或填充在導(dǎo)電基體上的正極材料，所述正極材料包括正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘合劑，所述正極活性物質(zhì)為L(zhǎng)iNi
文檔編號(hào)H01M4/02GK1967915SQ200510114869
公開日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2005年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月17日
發(fā)明者肖峰, 江文鋒 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司