[发明专利]锂离子电池正极材料、正极制备方法及锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池，具体涉及锂离子电池正极材料及正极的制备方法，以及采用该正极材料的锂离子电池，属于能源材料技术领域。

背景技术

锂离子二次电池作为新型的可循环使用的绿色能源，具有工作电压高、比能量高、循环寿命长、工作范围宽、安全性能好、无记忆效应等优点，在近年来迅速发展的便携式电子产品、电动车辆、国防军事装备的电源系统，以及光伏储能、储能调峰电站、不间断电源等众多领域具有广泛的应用前途。

目前，商品化锂电池正极以钴酸锂为主，但是其合成方法昂贵、污染环境、高温热稳定性差、易产生副反应等极大程度上限制了该材料的大规模应用，是限制锂离子电池发展的关键技术之一。在相继出现的众多锂电池正极材料中，橄榄石型磷酸铁锂具有相对较高的比容量（170mAh/g）、稳定的工作电压（3.5V）和较好的循环寿命，并且其原料丰富、价格低廉、热稳定性和化学稳定性好、对环境友好，是目前国内外极具发展前景的绿色正极材料之一。然而，磷酸铁锂材料也存在导电率低、锂离子扩散系数小等缺点，影响了材料的利用率，阻碍了其实际应用。

当前，改善磷酸铁锂材料性能的方法主要包括在材料表面包覆碳和掺杂金属离子以提高导电性，另外还包括将磷酸铁锂纳米化以改善锂离子的扩散通道。在制备纳米磷酸铁锂的方法中，只有合成纳米颗粒才不至损失电池的理论比容量，有利于削弱极化、减小电阻、改善放电能力，从而提高磷酸铁锂电池的性能。纳米磷酸铁锂相对于普通材料具有以下优势：（1）具有高比表面积，能增大反应界面，提供更多的扩散通道；（2）理论储锂量高；（3）粒度小，离子扩散路径短，具有良好的动力学和低温性能；（4）纳米化抑制了电极材料的不可逆相变，有利于提高电池循环性能。目前在锂电池领域引起了广泛的关注。

然而，将磷酸铁锂材料纳米化后，由于颗粒粒径减小，表面能高导致其在分散介质特别是水系中纳米颗粒容易发生团聚，合浆和涂布等关键的工艺难度很大，磷酸铁锂材料的性能难以发挥，极大的限制了纳米磷酸铁锂正极材料的规模化应用。中国专利（公告号：CN101950805A）公开了一种纳米磷酸铁锂材料的调浆方法，先将物料混合后采用行星式搅拌机常压搅拌，再采用管线式乳化机使浆料全部通过，最后采用行星式搅拌机第二次常压搅拌，以实现纳米磷酸铁锂均匀分散，该方法步骤繁琐，生产效率低。中国专利（公告号：CN101937990A）采用机械搅拌的方法制备得到一种油系纳米磷酸铁锂浆料，但该方法中机械分散设备昂贵，只有在一定的区域内能量足够高，能实现纳米颗粒均匀分散，而静置后浆料容易沉降，并且剪切速度提到一定限度就会对材料造成损害，导致颗粒破损，影响电池性能的发挥。中国专利（公布号：CN102376980A）公开了一种油系无碳磷酸铁锂电池的制备方法，通过机械方法将磷酸铁锂等活性物质研磨至5微米以下，该方法所需要的设备昂贵，易对环境产生污染，且后期处理得到的纳米级无碳磷酸铁锂电化学性能远低于目前已经商品化的碳包覆纳米磷酸铁锂，生产成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池正极材料。

同时，本发明还提供一种锂离子电池正极的制备方法。

再者，本发明还提供一种采用上述正极材料的锂离子电池。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

锂离子电池正极材料，包括正极活性物质、辅助分散剂、混合导电剂、粘结剂和溶剂，所述正极活性物质、辅助分散剂、混合导电剂、粘结剂、溶剂的重量份比为（87～92）:（0.5～2.0）:（2～8）:（3～7）:（60～85）。

所述的正极活性物质为纳米磷酸铁锂、纳米锰酸锂、纳米钴酸锂中的一种。

所述的辅助分散剂为聚阴离子型高分子聚合物，为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、曲拉通x-100、聚苯乙烯磺酸钠中的一种。加入上述分散剂后可以改善纳米材料表面性能，抑制团聚提高正极活性物质分散均匀性。

所述的混合导电剂为二元或三元复合导电剂，固定组分为碳纳米管，添加组分为纳米碳导电剂，纳米碳导电剂为导电石墨、炉黑、科琴黑、导电炭黑、气相生长碳纤维（VGCF）、乙炔黑中的一种或两种，其中，混合导电剂的固定组分与添加组分的重量份比为1:0.3～1:4.5。利用不同碳导电剂之间的协同效应，可改善极片导电性，降低电池内阻，提高电池电化学性能。

所述的粘结剂为L132、丁苯橡胶（SBR）、羧甲基纤维素钠（CMC）中的一种。采用所述粘结剂能提高极片附着力，降低电池内阻。

所述的溶剂为去离子水。