[发明专利]一种锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种高能量密度的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池由于具有能量密度高、循环性能好、工作电压高、无记忆效应等优点，成为应用最为广范的二次电池之一。随着电子技术的飞速发展，人们对锂离子电池提出了更高的能量密度及更长的循环性能等要求。因此，开发高性能的正极材料对于锂离子电池的发展显得尤为重要。

在目前商品化的锂离子电池正极材料中，应用最广泛、最为成熟的正极材料为钴酸锂(LiCoO₂)，其在4.2V工作截止电压下的可逆克容量仅为140mAh/g左右，相对较低。提高电池的工作电压，可使得正极材料发挥出更高的容量，从而提高电池的能量密度，如将LiCoO₂的工作电压从目前的4.2V提高到4.3V，克容量可以提高10%，而能量密度可以提高5%。但是随着工作电压的提高，电解液更易被氧化、循环衰减加速、安全性能降低、实际使用的风险增加。

近来，镍钴锰系三元材料Li(Ni_xCo_yMn_1-x-y)O₂（0.3≤x≤0.8，0.1≤y≤0.4）得到迅速发展，其成本较低，安全性能好，且在容量发挥上已经超过LiCoO₂，越来越吸引研究者的关注。

将镍钴锰系三元材料与钴酸锂正极材料混合使用，可以结合两者的优点，以达到降低材料成本，改善电池的电化学性能与安全性能的目的。此外，改变LiCoO₂的形貌，使其具有与三元材料相似的二次颗粒形貌，也能极大提高其性能。此外，通过一定手段将少量特定元素或其氧化物均匀地掺杂进入正极材料体相内或沉积在正极材料表面，可以有效的改善材料表面与电解液的副反应，从而改善锂离子电池的高温存储性能与安全性能，使材料能应用到更高的充电截止电压下时也具有稳定的结构，从而显著提升电池容量。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种适用于高充电截止电压条件且具有高能量密度的锂离子电池。

本发明的技术方案为，一种锂离子电池，包括正极极片、负极极片、隔离膜以及电解液，正极极片与负极极片均由活性材料、导电添加剂、粘结剂与集流体所组成，导电添加剂为由零维、一维和二维碳材料混合所成的三维空间导电网络。片状的导电碳材料能够形成导电网络框架，而线状的导电碳则能够穿插在二维片状导电碳层面间，或者二维片状导电碳外部形成线状交联的导电网络，进一步的，零维导电碳颗粒能够在一维线状与二维片状导电碳间搭建成导电点，补偿悬空于线状或者面状的网络中的微小的正极材料颗粒的导电性能，从而形成有效的三维空间导电网络，极大程度的改善正、负极极片的导电性能，显著提高电池的倍率性能与低温性能。

作为本发明的进一步改进，活性材料由A、B组成，其中A为一次颗粒，B为由一次颗粒聚集所形成的二次颗粒， A为LiCoO₂，B为LiCoO₂。A与B均经元素M掺杂包覆处理，掺杂元素M为Mg、Ti、Al、Zr、F中的任意一种或两种；包覆物为元素Mg、Ti、Al、Zr等中任意一种或两种元素的氧化物，或磷酸盐，或氟化物，或氧化物、磷酸盐与氟化物的混合物。其中，A所占的质量百分数为40 %-90%，更优选的范围为60%-90%。通过有效手段将少量特定元素均匀地掺杂进入正极材料体相内，或将其氧化物或磷酸盐或氟化物均匀沉积在正极材料表面，可以有效的改善材料表面与电解液的副反应，从而改善锂离子电池的高温存储性能与安全性能，使材料能应用到更高的充电截止电压下时也具有稳定的结构，从而显著提升电池容量。