CN106601992A - 一种锂离子电池的正极及由其组成的电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种锂离子电池的正极及由此正极所组成的锂离子电池。所述正极中包含正极活性物质和与所述正极活性物质混杂的氢氧化铝；所述氢氧化铝的用量为正极活性物质的质量的0.1%~200%。由所述正极制备得到的锂离子电池能够在针刺、冲击等不良的情况下有效减少燃烧、爆炸的风险，提升了电池的使用安全性。

Description

一种锂离子电池的正极及由其组成的电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，更具体地，涉及一种锂离子电池的正极及由其组成的电池。
背景技术
锂离子电池因其具有体积能量比和重量能量比高、电压高、自放电率低、无记忆效应、循环寿命长等优点被广泛应用于各个领域。但其安全性，制约了锂电的进一步发展：①能量密度很高，如果发生热失控反应，放出的热量容易导致不安全行为发生；②锂离子电池由于采用有机电解质体系，有机溶剂是碳氢化合物，易发生热分解，并且溶剂易燃，热失控时容易引起电池着火，甚至燃烧、爆炸；③过充电反应会使正极材料结构发生变化而使材料具有很强的氧化作用，使电解液中溶剂发生强烈氧化，并且这种作用是不可逆的，反应引发的热量如果积累会存在引发热失控的危险。
提高锂电池安全性常采用安全电解液、开发稳定性好的正负极活性物质、使用具备耐高温能力的隔膜、改变电池结构以及使用热敏材料等手段，虽在一定程度上提升了电池的安全性，但未能完全解决锂离子电池的安全问题。
锂离子电池发生内短路时，瞬间电流大，能在短路处瞬间升温至几百度，剧烈的温升导致电池内部有机电解液以及活性物质发生一系列热化学反应，最终导致电池燃烧或爆炸。电池中的PTC垫圈、安全气阀或在极片上涂覆PTC材料等都具有滞后性，内短路时可能未及时发挥作用。
新式隔膜大多在原PP或PE隔膜表面涂覆聚合物或金属氧化物，以提高隔膜的耐温能力，隔膜改性后耐温得到一定程度的提升，但可承受温度仍然偏低，无法应付电池内短路时的瞬间温升。无纺布隔膜以及一些新材料隔膜其耐高温能力较以上两种隔膜有所提升，但强度不足。
安全电解液是在原电解液的基础上通过添加阻燃添加剂以达到提升电池安全性的目的。目前研究的添加剂种类较多，添加剂的加入能在一定的程度上降低电解液的燃烧性但普遍存在影响电池性能的缺点。更安全、性能更好的正极材料一直都是研究的热点，现已有多种正极材料运用于工业化生产中，但每种正极材料的性能各异，目前还没出现安全性、容量等各方面性能都比较优异的正极材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂离子电池的正极，所述正极能够有效克服现有技术的不足，提升电池在针刺、冲击等不良情况下的安全性。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种锂离子电池的正极，正极中含有正极活性物质和与所述正极活性物质混杂的氢氧化铝；所述氢氧化铝的用量为正极活性物质的质量的0.1%~200%。
本发明通过向正极中添加氢氧化铝，由此提高电池的安全性能。氢氧化铝能在电池内部升温时吸热，降低温升；同时能释放出水，稀释电池内可燃气体。
优选地，所述氢氧化铝的用量为正极活性物质的质量的0.1%~100%。
优选地，所述氢氧化铝的粒径小于50um，更优选为小于10um，更进一步优选为小于5um。
优选地，所述氢氧化铝每克中含有铝元素0.30~0.35克。
优选地，所述活性物质为钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂、磷酸钒锂、磷酸锰锂、镍钴锰锂氧化物、镍钴铝锂氧化物中的一种或多种的组合，更优选为镍钴锰锂氧化物。
其中所述镍钴锰锂氧化物为LiNixCoyMnzO2-a，0≤x≤1.1，0 ≤y≤1.1，0≤z≤1.1，0 ≤x+y+z≤ 1.1，-0.2≤a≤0.2；优选为LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2。
所述镍钴铝锂氧化物为LiNixCoyAlzO2-a，0 ≤x≤ 1.1，0 ≤y≤ 1.1，0 ≤z ≤1.1，0 ≤x+y+z≤ 1.1，-0.2≤a≤0.2。
优选地，所述正极活性物质为掺杂或不掺杂其他化学元素，总掺杂元素的摩尔含量是锂元素摩尔含量的10%以下。
优选地，所述正极活性物质的表面涂覆或者不涂覆有其他化学物质，所述其他化学物质为三氧化二铝、二氧化硅、氧化锌、二氧化钛；所述其他化学物质的质量小于所述正极活性物质的质量的10%。
上述锂离子电池的正极可采用以下方法制备：
S1. 将正极活性材料、氢氧化铝、导电剂与粘结剂，按照一定的配比制备成正极浆料；
S2. 将正极浆料涂覆在铝箔或铝合金箔表面，通过辊压、裁剪后制备成锂离子电池正极。
其中，步骤S1中，所述的正极活性物质和氢氧化铝配比为1：0.001~2，优选为1：0.001~1，更进一步优选为1：0.01~0.50。
导电剂可选用现用技术中的材料，如碳纳米管、石墨等。
粘结剂可选用现用技术中的材料，如聚偏氟乙烯（PVDF）等。
本发明的另一个目的是提供一种锂离子电池，所述锂离子电池采用上述的正极而制成。
其中，负极片由铜箔、石墨、导电剂、粘结剂等制备而成。
以上述正极片、隔膜及负极片等在卷绕机中卷绕成电芯。最后将电芯置于电池钢壳内注入非水有机电解液，经封口、化成后制备成锂离子电池。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过向正极中添加氢氧化铝，与正极活性物质进行混杂后，由此制备得到一种安全性能高的正极。由所述正极制备得到的电池能够在针刺、冲击等不良的情况下有效减少燃烧、爆炸的风险，提升了电池的使用安全性。
附图说明
图1为实例1所制备得到的锂离子电池的充放电曲线图。
图2对比例所制备得到的锂离子电池的充放电曲线图。
具体实施方式
通过以下具体实施例进一步详细说明本发明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明，可以在本发明权利限定的范围内进行各种改变。
实施例 1
一种锂离子电池，包括正极和负极，正极中的正极材料含有按以下质量百分数计算的物料：活性物质镍钴锰酸锂（LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2）：81%、氢氧化铝：15%、碳纳米管：1%、石墨：2%、聚偏氟乙烯（PVDF）：1%。
正极的制备步骤如下：将上述配比的物料制备成正极浆料，然后将正极浆料涂覆在铝箔表面，通过辊压、裁剪后制备成锂离子电池正极。
将该正极片与负极片、隔膜等以卷绕的方式造成电芯。其中，负极中的负极材料含有按以下质量百分数计算的物料：石墨：96%、乙炔黑：1.5%、羧甲基纤维素钠（CMC）：1.5%、丁苯橡胶（SBR）：1%。
最后将电芯置于电池钢壳内注入非水有机电解液，经封口、化成后制备成二次锂离子电池。
对比例
一种锂离子电池，包括正极和负极。正极中的正极材料含有按以下质量百分数计算的物料：活性物质镍钴锰酸锂（LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2）：96%、碳纳米管：1%、石墨：2%、聚偏氟乙烯（PVDF）：1%。
正极的制备步骤如下：将上述配比的物料制备成正极浆料，然后将正极浆料涂覆在铝箔表面，通过辊压、裁剪后制备成锂离子电池正极。
将该正极片与负极片、隔膜等以卷绕的方式造成电芯。其中，负极中的负极材料含有按以下质量百分数计算的物料：石墨：96%、乙炔黑：1.5%、羧甲基纤维素钠（CMC）：1.5%、丁苯橡胶（SBR）：1%。
最后将电芯置于电池钢壳内注入非水有机电解液，经封口、化成后制备成二次锂离子电池。
测试
安全性能测试
将上述实施例和对比例所制备得到的锂离子电池充满电后进行安全性能测试（如重物冲击以及针刺测试），测试条件按国家标准进行（重物冲击的标准为GB31241-2014；针刺测试的标准为GB/T31485-2015），冲击及针刺测试合格通过要求为不发生爆炸或燃烧，其测试结果如表1所示：
表1 安全测试结果表
编号 数量/个 冲击测试的通过个数 针刺测试的通过个数
实施例1 30 30 19
对比例 30 21 0
充放电测试
对上述实施例和对比例所制备得到的锂离子电池进行充放电测试，测试条件如下：恒流恒压充电：截止电压4.2V、充电电流2200mA、截止电流100mA，环境温度：25℃；恒流放电：截止电压3.0V、放电电流2200mA，环境温度25℃。
测试结果表明：
如图1所示，实施例1所制备得到的锂离子电池的充电容量2221mAh，放电容量2208mAh。
如图2所示，对比例所制备得到的锂离子电池的充电容量2286mAh，放电容量2278mAh。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂离子电池的正极，其特征在于，正极中含有正极活性物质和与所述正极活性物质混杂的氢氧化铝；所述氢氧化铝的用量为正极活性物质的质量的0.1%~200%。
2. 根据权利要求1所述的正极，其特征在于，所述氢氧化铝的用量优选为正极活性物质的质量的0.1%~100%。
3.根据权利要求1所述的正极，其特征在于，所述氢氧化铝颗粒的粒径小于50um，优选为小于10um，更进一步优选为小于5um。
4.根据权利要求1所述的正极，其特征在于，每克所述氢氧化铝中含有铝元素0.30~0.35克。
5. 根据权利要求1所述的正极，其特征在于，所述活性物质为钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂、磷酸钒锂、磷酸锰锂、镍钴锰锂氧化物、镍钴铝锂氧化物中的一种或多种的组合。
6. 根据权利要求1所述的正极，其特征在于，所述正极活性物质为掺杂或不掺杂其他化学元素，总掺杂元素的摩尔含量是锂元素摩尔含量的10%以下。
7. 根据权利要求1所述的正极，其特征在于，所述正极活性物质的表面涂覆或者不涂覆有其他化学物质，所述其他化学物质为三氧化二铝、二氧化硅、氧化锌、二氧化钛等；
所述其他化学物质的质量小于所述正极活性物质的质量的10%。
8. 根据权利要求1所述的正极，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：
S1. 将正极活性材料、氢氧化铝、导电剂与粘结剂，按照一定的配比制备成正极浆料；
S2. 将正极浆料涂覆在铝箔或铝合金箔表面，通过辊压、裁剪后制备成锂离子电池正极。
9. 根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述的正极活性物质和氢氧化铝配比为1：0.001~2，优选为1：0.001~1，更进一步优选为1：0.01~0.50。
10. 一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求1所述的正极。
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