[发明专利]锂离子电池正极材料及锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池用正极材料以及使用该正极材料制成的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池自1991年被商品化以来，其所用的正极材料也在不断改进。最早用于锂离子电池的正极材料主要是钴酸锂，其主要缺点是价格高，容量低于镍钴酸锂。为此开发了一些新型的正极材料主要有以下几种：锰酸锂、镍钴锰酸锂、和镍钴酸锂。其性能和钴酸锂比较如下：

1、克容量：

尖晶石锰酸锂100毫安时左右，钴酸锂在140毫安时左右，三元材料140毫安时左右、镍钴酸锂在180毫安时左右。克容量越高，其重量能量密度越高。

2、压实密度

锰酸锂在3.0克每立方厘米左右，三元材料在3.4克每立方厘米左右，钴酸锂3.8克每立方厘米左右。  压实密度越高，其体积能量密度越大。

3、价格

锰酸锂最低，三元材料和镍钴酸锂比钴酸锂低，钴酸锂价格最高。

就以上指标来说，含有镍的正极材料具有价格低，容量高，性价比高的特点。但是在实际应用过程中却发现含镍过多的材料却存在应用性能较差的问题。具体表现在对于环境要求过于严格，增加了生产成本，同时应用镍含量高的材料做出来的锂离子电池的60度以上环境中的储存性能差，膨胀率高，难以达到锂离子电池的实际应用要求。为此，要让含镍量高的正极材料在能够实际应用，就必须解决其高温储存性能差对应用环境要求高的问题。

由此，需要进行更多的研究以解决上述问题，开发出一种价格低，容量和平台高，压实密度高的正极材料来满足锂离子电池发展的要求。

发明内容

针对含镍锂离子电池用正极材料应用性能差，在高温环境下产气量大，膨胀率高的问题。本发明人做了大量的研究，经过很多次试验的摸索，本发明人出人意料的发现通过控制含镍的锂离子电池用正极材料颗粒大小可以提供出一种具有较高的比容量，较低的生产成本和较好的高温性能的锂离子电池用正极材料。本发明人发现当对于含镍锂离子电池用正极材料来说，当镍含量在24％以上的时候，其颗粒度的中位径大于2微米，并且从电镜图上分析其形成其颗粒形貌不是小颗粒团聚成的二次球类型而为单晶颗粒的时候.该正极材料具有良好的高温储存性能。

通过大量的研究和试验，本发明人发现：当含镍正极材料中形成二次颗粒的一次颗粒中单个颗粒大小在1微米以上的占总的单个颗粒的比例低于20％的时候，该正极材料在60度以上的高温环境下，膨胀率高，储存性能差。

用该正极材料所做出来的电池在60度以上高温储存时就会发生严重的膨胀。高温储存性能差。由此通过控制含镍材料的颗粒度可以得到高温性能比较稳定、容量比较高、成本比较低的锂离子电池用正极材料。

目前的锂离子电池所用的正极材料，三元材料压实密度低，平台低。含镍材料在高温环境下产气量大，膨胀率高，平台低和压实密度低。钴酸锂价格太高。单靠这些材料满足不了日益增长的锂离子电池的需求。

与前述现有技术相比，本发明人发现：对于镍含量高于23％以上的正极材料，其颗粒度的中位径大于6微米，并且从电镜图上分析其形成二次类球形颗粒的一次颗粒中单个颗粒大小在1微米以上的占总的单个颗粒的比例在20％以上的时候，该正极材料具有良好的高温储存性能。

在本发明中，提供一种锂离子二次电池用正极材料，该正极材料是镍含量在23以上的正极材料。该材料的主要特征是其颗粒度的中位径大于6微米，并且从电镜图上分析其形成二次类球形颗粒的一次颗粒中单个颗粒大小在1微米以上的占总的单个颗粒的比例在20％以上的时候，该正极材料具有良好的高温储存性能。

同时本发明还提供了一种锂离子电池，该锂离子电池所使用的正极材料为本发明所提供的材料，其例如包括以下部分：电极、电解质、隔膜、容器。其中电极包括正极和负极，正极包括正极集流器和涂覆在正极集流器上的正极活性物质；负极包括负极集流器和涂覆在负极集流器上的负极活性物质层；隔膜可以是单纯的固体绝缘层也可以是具有导电性能的固状物；容器是正极、负极、隔膜、电解质的包容体。

实施本发明具体方式

以下以非限制方式更具体地介绍适用于本发明方法的二次锂离子电池盖板及带有该盖板的二次锂离子电池。

本发明中的正极材料是指至少镍含量在24％以上，该材料的主要特征是其颗粒度的中位径大于6微米，并且从电镜图上分析其形成二次类球形颗粒的一次颗粒中单个颗粒大小在1微米以上的占总的单个颗粒的比例在20％以上。

本发明中正极材料的制备可以例如以下方法。

可以将含有镍的前驱体和碳酸锂混合850度烧结24小时，之后用研钵粉碎。