[发明专利]具有绝缘涂层的电极、其制造方法及含有该电极的锂电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于锂离子二次电池的具有绝缘涂层的电极、其制造方法以及含有该电极的锂电池。

背景技术

二次锂离子电池由于其优异的性能，在电子产品、备用电源以及电动汽车等领域的应用越来越广泛，随着应用要求的不断提高，锂离子电池产品也不断更新换代。在锂电池使用过程中，电池的安全性始终是一个必须考虑的问题，特别是目前锂离子电池容量越来越高，使用过程中电流越来越大，电池安全性已经成为首要问题。

自从90年代，日本索尼公司首次成功推出商品化的锂离子电池以来，随着对电池低成本，高比能量，循环性能好，高安全性要求的不断提高，锂离子电池进入了一个迅速发展的时期。尤其是电动汽车出现后，对电池的比容量、比能量、循环性能以及安全性等各方面提出了更高的要求，在电池材料以及电池制作方面有了更多的突破。钴酸锂由于其制作工艺简单，容量高，因此至今为止仍是最主要的锂离子二次电池正极材料，但是其热稳定性差，抗过充能力弱，导致以钴酸锂为正极材料的电池安全性差，因此没有被用于电动汽车用电池。过渡金属层状氧化物LiM（M选自Co、Ni和Mn）O₂材料有着较高的工作电压，在电池能量密度以及大倍率充放电方面有着较强优势而备受瞩目，在电动车用电池方面有较广泛的应用。橄榄石结构的LiMPO₄（M选自Co、Ni和Mn）化合物由于有较好的热稳定性以及良好的循环性能，在车用电池方面也占据了很大市场。

在负极材料方面，目前主要以石墨和钛酸锂为主流材料。石墨材料由于在充放电过程中容易析出锂枝晶，首次充放电效率较低，与电解液发生作用，存在电压滞后等不利因素。钛酸锂材料相对于石墨而言，有更好的安全性，大倍率充放电能力强，尤其是其循环性能非常好，但是其较高的工作电位限制了电池的比容量。从目前电动汽车用电池来看，为了从容量以及安全性作平衡，主要存在三种电池，一种是以橄榄石结构的LiMPO₄（M选自Co、Ni和Mn）化合物为正极材料，石墨作为负极材料，该类电池安全性较好，但是在能量密度以及低温环境使用存在一定缺陷；另外一种就是以过渡金属层状氧化物LiM（M选自Co、Ni和Mn）O₂材料为正极材料，钛酸锂为负极材料，这种电池有良好的循环能力，具备大倍率充放电，但是容量密度较低；第三种就是以过渡金属层状氧化物LiM（M选自Co、Ni和Mn）O₂材料为正极材料，石墨为负极材料与之匹配，这类电池容量密度较高，电池循环性能较好，但是安全性还有待进一步提高。

发明内容

本发明为了提高锂离子二次电池的安全性能，在负极的活性物质涂层表面覆盖一层绝缘层，提高了电池在使用过程中的的安全性。

本发明提供了一种用于锂离子电池的负极，包括负极集流体、结合在负极集流体上的负极活性物质涂层和在负极活性物质涂层上的绝缘涂层，该绝缘涂层含有具有导锂离子能力的玻璃材料。上述具有导锂离子能力的玻璃材料可以选自SiS₂、P₂S₅、Li₄SiO₄-B₂O₃、Li₂S-SiS₂、Li₂S-SiS₂-Li₄SiO₄和Li₂O-P₂O₅-B₂O₃等中的至少一种。

根据本发明的目的，上述玻璃材料在绝缘涂层中的含量为20～100wt％。绝缘涂层的厚度为0.1～50μm，优选绝缘涂层的厚度为0.1～10μm。

进一步地，绝缘涂层还可以包括具有导锂离子能力的锂化合物，具有导锂离子能力的锂化合物可以选自磷酸锂（Li₃PO₄）、磷酸钛锂和氮化锂等中的至少一种。

上述绝缘涂层中还可以包括聚合物，聚合物种类可选用不参与电极反应的聚合物，包括常用的油性聚合物，如PVDF、PVDF-HFP、PVDF-CTFE等，也可以使用水性聚合物，如LA133水性电极粘合剂（成都茵地乐电源科技有限公司）等。