專利名稱：高電壓鋰離子電池正極材料及包含該材料的鋰離子電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高電壓鋰離子電池正極材料及包含該材料的鋰離子電池。
背景技術(shù)：
鋰離子電池一般包括正極片、負(fù)極片、間隔于正負(fù)極片之間的隔離膜，以及電解液，其中，正極片包括正極集流體和分布在正極集流體上的正極材料層，負(fù)極片包括負(fù)極集流體和分布在負(fù)極集流體上的負(fù)極材料層。目前，常用的鋰離子正極材料為L(zhǎng)iCo02、LiNi173Co173Mn173O2, LiMn2O4 和 LiFePO4 等。以上幾種正極材料都有自身的缺陷，比如LiCoO2價(jià)格昂貴，耐過充性差，4. 2V下的克容量發(fā)揮有限；LiNi1/3Co1/3Mn1/302存在壓實(shí)密度低、與電解液的兼容性差和容易脹氣等問題；LiMn204的高溫循環(huán)和高溫存儲(chǔ)性能不佳；LiFeP04則存在低溫性能差和產(chǎn)品一致性差等問題。隨著手機(jī)、平板電腦等消費(fèi)電子產(chǎn)品日益向著輕薄化的方向發(fā)展，更高能量密度的正極材料日漸成為鋰離子電池研究的熱點(diǎn)。而體積能量密度=放電容量X放電電壓平臺(tái)X壓實(shí)密度，因此，目前提高能量密度的有效方式就是提高電池的充電截止電壓，提高放電容量，進(jìn)而提高電池的體積能量密度。發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)以LiCo02/Li體系(即正極活性物質(zhì)為L(zhǎng)iCoO2,負(fù)極活性物質(zhì)為鋰片)的2430扣式電池為例，當(dāng)其充電截止電壓為4. 2V時(shí)，LiCoO2的放電克容量約為145mAh/g ;而當(dāng)工作電壓提高至4. 3V時(shí)，LiCoO2放電克容量約為160mAh/g ;當(dāng)工作電壓提高至4. 4V時(shí)，LiCoO2放電克容量則達(dá)到了 175mAh/g ;當(dāng)工作電壓進(jìn)一步提高至4. 5V時(shí)，LiCoO2放電克容量約為193mAh/g ;而當(dāng)工作電壓進(jìn)一步提高至4. 6V時(shí)，LiCoO2放電克容量可達(dá)223mAh/g ! LiCoO2與LiNil73Ccv3Mnv3O2在不同充電截止電壓下的能量密度對(duì)比如表I所示。表I =LiCoO2與LiNi1Z3Co1Z3Mnv3O2在不同充電截止電壓的能量密度對(duì)比。
權(quán)利要求
1.一種高電壓鋰離子電池正極材料，其特征在于，所述正極材料包括材料A和材料B : 所述材料A具有核殼結(jié)構(gòu)，其核層材料為一次顆粒組成的鈷酸鋰顆粒，其中值粒徑Dki為15-25 μ m;其殼層材料的結(jié)構(gòu)式為L(zhǎng)ixNiyMnzPO4，其中O. 9彡x彡1. 1，O < z彡y〈l，且y+z=l ； 所述材料B具有核殼結(jié)構(gòu)，其核層材料為二次顆粒組成的鈷酸鋰顆粒，其中值粒徑Dki為 3-9 μ m ;其殼層材料的結(jié)構(gòu)式為 LiwAlpZrqO2，其中 0<w ( 1，0〈p〈l，0〈q〈l，p/q > 2 ； 所述材料A與所述材料B的質(zhì)量比為(O. 1-10) :1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電壓鋰離子電池正極材料，其特征在于所述材料A與所述材料B的質(zhì)量比為(1-9) :1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電壓鋰離子電池正極材料，其特征在于所述材料A與所述材料B的質(zhì)量比為(O. 1-0.9) :1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電壓鋰離子電池正極材料，其特征在于所述材料A的核層材料和所述材料B的核層材料的結(jié)構(gòu)式均為L(zhǎng)i1+aCOl_bMb02，其中-O. 05 ( a〈0. 1，0〈b〈0. 1，M為Al、Zr、Mg、T1、Sr和La的至少一種元素。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電壓鋰離子電池正極材料，其特征在于所述結(jié)構(gòu)式為L(zhǎng)ixNiyMnzPO4的殼層材料占所述材料A的質(zhì)量百分比為O.1-1Owt %，所述結(jié)構(gòu)式為L(zhǎng)iwAlpZrqO2的殼層材料占所述材料B的質(zhì)量百分比為O.1-1Owtl
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高電壓鋰離子電池正極材料，其特征在于所述結(jié)構(gòu)式為L(zhǎng)ixNiyMnzPO4的殼層材料占所述材料A的質(zhì)量百分比為O. l_3wt %，所述結(jié)構(gòu)式為L(zhǎng)iwAlpZrqO2的殼層材料占所述材料B的質(zhì)量百分比為O. l-3wt%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電壓鋰離子電池正極材料，其特征在于所述材料A的殼層材料的厚度為5-1000nm，所述材料B的殼層材料的厚度為5_1000nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電壓鋰離子電池正極材料，其特征在于所述材料A的殼層材料的結(jié)構(gòu)式為L(zhǎng)iNia6Mna4PO4，所述材料B的殼層材料的結(jié)構(gòu)式為L(zhǎng)ia7Ala9Zrai5C^
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電壓鋰離子電池正極材料，其特征在于所述結(jié)構(gòu)式為L(zhǎng)ixNiyMnzPO4的殼層材料外還包覆有占所述材料A總質(zhì)量的O. l-3wt%的結(jié)構(gòu)式為L(zhǎng)iwAlpZrqO2 的殼層材料，其中 0〈w ( 1，0〈p〈l，0〈q〈l，p/q > 2。
10.一種鋰離子電池，包括正極片、負(fù)極片、間隔于所述正極片和所述負(fù)極片之間的隔膜，以及電解液，所述正極片包括正極集流體和分布在所述正極集流體上的正極材料層，所述正極材料層包括正極材料、粘接劑和導(dǎo)電劑，其特征在于所述正極材料為權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)所述的高電壓鋰離子電池正極材料，所述電池的充電截止電壓為4. 4-4. 7V VS(LiVLi)。
全文摘要
本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高電壓鋰離子電池正極材料，正極材料包括材料A和材料B材料A具有核殼結(jié)構(gòu)，其核層材料為一次顆粒組成的鈷酸鋰顆粒，其中值粒徑D50為15-25μm；其殼層材料的結(jié)構(gòu)式為L(zhǎng)ixNiyMnzPO4；材料B具有核殼結(jié)構(gòu)，其核層材料為二次顆粒組成的鈷酸鋰顆粒，其中值粒徑D50為3-9μm；其殼層材料的結(jié)構(gòu)式為L(zhǎng)iwAlpZrqO2；材料A與材料B的質(zhì)量比為(0.1-10)∶1。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明通過大小顆粒鈷酸鋰的合理搭配，并在大小顆粒鈷酸鋰的表面設(shè)置不同的殼層材料，并且選擇二次顆粒作為小顆粒鈷酸鋰，可以顯著提高高電壓下正極材料的循環(huán)性能和安全性能。
文檔編號(hào)H01M10/0525GK103066282SQ20131000886
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2013年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月10日
發(fā)明者龐佩佩 申請(qǐng)人:東莞新能源科技有限公司