[发明专利]锂离子电池用三平台混合正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电机正极材料研究制备技术领域，具体涉及一种锂离子电池用三平台混合正极材料的设计及其制备方法。

背景技术

锂离子电池正极材料是一种具有宿主结构的化合物，能够在较大的组成范围内允许锂离子可逆地脱出和嵌入。较为常见的正极材料是一些过渡金属的氧化物，如LiCoO₂、LiNiO₂及LiMn₂O₄等。LiCoO₂已经商品化，但其价格过高，毒性较大；LiNiO₂的合成比较困难；LiMn₂O₄则存在理论容量低、循环性能较差的缺点。因此，电池界在不断地开发新型的正极材料。

含有聚阴离子，如SO₄^2-、PO₄^3-或AsO₄^3-的化合物目前受到了广泛的关注，大有取代上述几种氧化物材料之势。尤其是橄榄石结构的LiFePO4，因其具有得天独厚的优势，如来源丰富、价格低廉、无毒等，成为锂离子电池正极材料研究中的热点。LiFePO₄的理论容量相对较高(170mA·h/g)，在全充电状态下有良好的热稳定性、较小的吸湿性和优良的充放电循环性能。改性后的该材料将有可能使锂电池突破目前的存储容量和电能极限，进而促进体积更小巧、更轻便，使用时间更长久的手机和笔记本电脑等产品的问世，成为电池行业的分水岭。

目前使用的以LiCoO₂为主的锂离子电池正极材料，其特点是放电平台平稳，生产技术成熟，循环性能好，可靠性高等。而正在开发的锂离子电池下一代材料包括LiFePO₄，LiMnPO₄，LiCoPO₄，尖晶石结构锰酸锂，富锂LiMnO₂-Li₂MnO₃-LiCoO₂层状固溶体系列等，这些材料的特点是放电电压平台特别平稳。平稳的放电电压平台保证了电池容量在使用中可以充分被利用，然而造成电池的容量难以判断。

目前商业化锂离子电池的容量判断常采用的办法是配套电子控制线路，由控制电路记忆并判断电池的荷电状态。例如在微型电脑的锂离子电池中广泛采用该技术。如果是动力电池，例如电动车等设备，降低电池生产成本，简化成品电池的电子控制电路十分有必要，由于控制电路的成本占电池总成本的15～20％，简化控制电路才能使更多的客户能够接受。目前最简便的判断荷电状态的办法就是电池的电压。对于客户来说，能够在某一荷电态时电池显示电压剧烈变化，并在此之后电池仍然能够保证电动车运行一段距离(例如2公里)达到充电站，是十分重要的，也是方便的。此外，充电过程也是如此。例如，对于LiCoO₂来说，由于其充电电压变化缓慢，因此，设定在4.2V的中止电压常常导致不能充满电。

现有技术中，目前使用的锂离子电池正极材料包括LiCoO₂，尖晶石锰酸锂等，一般均使用单一成份，即使是多元成分混合使用，这些成分的放电电压平台相差也不大；而且由于采用的正极材料放电电压平坦，当放电电压出现明显向下跳跃时，电池已经没有电量；充电时，由于受到LiCoO₂和尖晶石锰酸锂充电机理的限制(即不是正极中所有的锂都可以参与充电)，只能采取认为控制充电截止电压的办法充电，这样的优点是保障了循环寿命，但是缺点是电池不能快速充电，否则很难充到额定容量。

发明内容

本发明目的在于提供一种锂离子电池用三平台混合正极材料，解决了现有技术中锂离子电池容量难以判断以及充电时难以充满，放电出现突变时基本没有电量而不能满足电动车用户的需求等问题。

为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：

一种锂离子电池用三平台混合正极材料，其特征在于所述混合正极材料包括三种正极材料组分形成的多相混合物，且三种正极材料组分相对于有机溶剂中的金属锂的放电电压平台分别在3.0-3.7V、3.9-4.4V和4.5-5.1V范围。