[发明专利]锂离子电池正极材料及制备得到的锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种锂离子电池的正极材料配方以及由该正极材料配方制备的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池自90年代实现规模化生产以来，以传统的二次电池(例如铅酸电池，镍氢电池和镍镉电池等)不能比拟的优越电化学性能和外形加工的多样性，迅速占领了市场，发展迅猛。目前，锂离子电池已经广泛应用于手机、笔记本电脑、PDA、摄像机、数码相机、移动DVD、MP3和MP4等电子产品中，在电动工具、电动自行车和电动汽车等应用领域也发挥着越来越重要的作用。近年来，锂离子电池的基础研究和应用研究已经成为国际电化学研究的热点之一。随着技术的快速发展以及市场需求的多样性，人们对电子产品的电源也提出了更多要求，例如更薄，更轻，外形更多样化，更高的体积能量密度和质量能量密度，更重要的是，要求锂离子电池具有更高的安全性。

锂离子电池在过充条件下的安全性是一大问题。锂离子电池过充时，电池电压随极化增大而迅速上升，会引起正极活性物质结构的不可逆变化及电解液的分解，产生大量气体，放出大量的热，使电池温度和内压急剧增加，存在爆炸、燃烧等隐患。目前，各锂离子电池生产厂商对提高过充性能的锂离子电池的研究主要有以下两个方向：

1、用掺杂、包覆等方法改进正极材料，可以提高电池的耐过充性。

2、在电解液中加入少量添加剂，也是改善电池安全性的重要方法。

除此之外，尚未有文献记载其它的方法能够提高锂离子电池的过充性能。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种在不牺牲锂离子电池容量的基础上，可提高锂离子电池过充性能的正极材料配方。

本发明的另一目的在于提供一种采用上述正极材料配方制备的锂离子电池。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明公开了一种锂离子电池正极材料，所述正极材料包括钴酸锂、镍钴锰酸锂及尖晶石型锰酸锂，并且各成分占三者总质量的百分含量分别为钴酸锂15％～60％、镍钴锰酸锂10％～45％、尖晶石型锰酸锂10％～40％。

优选的，所述各成分占三者总质量的百分含量分别为钴酸锂30％～60％、镍钴锰酸锂20％～45％、尖晶石型锰酸锂10％～30％。

所述镍钴锰酸锂优选具有分子式LiNi_xMn_yCo_1-x-yO₂，其中0.5≤x＜1，0＜y≤0.3，优选使用粒径D50＝2～5um的镍钴锰酸锂。

在本发所述正极材料中，还包括导电碳黑及聚偏二氟乙烯(PVDF)，其含量分别为钴酸锂、镍钴锰酸锂、锰酸锂三者总质量的2％～8％、2％～8％。

本发明还公开了采用上述锂离子电池正极材料制备得到的锂离子电池。

由于采用了以上技术方案，使本发明具备的有益效果在于：

本发明的锂离子电池正极材料配方及采用该材料配方制作的锂离子电池，可提高锂离子电池的耐过充性能，同时，不会减少锂离子电池容量；采用本发明的锂离子电池正极配方，在小倍率0.1C电流持续充电的情况下，电池的耐过充电压可达到10V以上，在大倍率3C电流持续充电的情况下，电池的耐过充电压可达到5V以上，测试的实验电芯不起火、不爆炸。

具体实施方式

本发明公开了一种在不牺牲锂离子电池容量的基础上，可提高锂离子电池过充性能的正极材料配方及使用该配方制作的方形锂离子电池，该配方通过在钴酸锂和镍钴锰酸锂的复合正极材料中，掺杂一定比例的尖晶石型锰酸锂，由于尖晶石型锰酸锂的高安全性，弥补了其它两类材料的过充性能，从而提高了使用该正极材料配比的锂离子电池的过充性能。

在本发明具体的实施方式中，该正极材料配方含有钴酸锂、镍钴锰酸锂、锰酸锂，其占三者总质量的百分含量分别为15％～60％、10％～45％、10％～40％，优选分别为钴酸锂30％～60％，镍钴锰酸锂20％～45％，锰酸锂10％～30％。该正极材料配方还含有导电碳黑以及聚偏二氟乙烯(PVDF)，其含量分别为钴酸锂、镍钴锰酸锂、锰酸锂三者总质量的2％～8％、2％～8％，其余为杂质。

本发明所述的镍钴锰酸锂为LiNi_xMn_yCo_1-x-yO₂，为保证本发明的配方的克容量发挥能够达到设计要求，其中0.5≤x＜1，0＜y≤0.3。本发明所述的镍钴锰酸锂的中粒径D50＝2～5um，小粒径镍钴锰酸锂在混合体系中起到材料体积的填充以及材料结构的支撑的作用。