[发明专利]一种锂离子电池正极材料

说明书

技术领域

本发明涉及电动汽车电源设备技术领域，具体涉及一种锂离子电池的正极材料。

 

背景技术

汽车是一种重要的交通工具，但随着全球能源的日益紧缺及自然环境的不断恶化，为了减少城市汽车的污染排量，实现新能源汽车的发展战略，发展电动汽车是当前重中之重。动力电池是给电动汽车提供动力的基本能源之一，对动力电池而言，其正极材料的选择十分关键。目前，在锂离子电池中使用量最多的正极材料主要是钴酸锂（LiCoO₂）、锰酸锂（LiMn₂O₄）、镍钴锰酸锂（LiCo_xNi_yMn_zO₂）与磷酸亚铁锂（LiFePO₄）。但综合比较而言，磷酸亚铁锂正极材料在成本、高温性能、安全性方面具有突出的优势，已成为中大容量、中高功率锂离子电池首选的正极材料。

而磷酸亚铁锂电池具有不耐过充或者过放的特性，当充电电压超过其上限电压（即超过3.7V/节）时，电池的电压就会迅速上升，而使电池发生过充；同时，当放电电压超过其下限电压（即超过2.5V/节）时，电池的电压就会迅速下降，而使电池发生过放；过充和过放都会损坏磷酸亚铁锂动力电池。目前电池在使用过程中，通常使用电池管理系统监控电池的电压来确定何时充、放电结束，然而如果电压采样不准确，或者电池管理系统出故障，则都会造成电池的过充或者过放，从而损坏电池，减少其使用寿命。因此，需要延长磷酸亚铁锂材料在充电到上限电压时的充电时间及放电到下限电压时的放电时间，从而提高磷酸亚铁锂材料电池本身的耐过充或者过放性能。

发明内容

本发明就是解决现有磷酸亚铁锂材料电池的不足，提供一种锂离子动力电池正极材料，以延长磷酸亚铁锂材料在充电到上限电压时的充电时间及放电到下限电压时的放电时间。

为了达到上述效果，本发明的技术方案为一种锂离子电池正极材料，所述正极材料包括磷酸亚铁锂、镍钴锰酸锂与钛酸锂，所述磷酸亚铁锂、镍钴锰酸锂与钛酸锂的摩尔比为6～20:1:0.5。

上述方案的优选方案是，所述磷酸亚铁锂、镍钴锰酸锂与钛酸锂的摩尔比为10～15:1:0.5。

本发明锂离子电池正极材料还包括粘结剂与导电剂，所述粘结剂为聚偏四氟乙烯（PVDF），其占正极材料质量百分比为3～10％；导电剂为乙炔黑，其占正极材料质量百分比为5～8％。

此外，导电剂与粘结剂还可以采用锂离子电池常用的导电剂与粘结剂，如导电剂可以为乙炔黑、碳钠米管、钠米银粉、碳黑等；粘结剂可以为聚偏四氟乙烯、聚偏二氟乙烯等。

其中，镍钴锰酸锂以相对廉价的镍和锰取代了钴酸锂中三分之二以上的钴，成为取代钴酸锂的新电池材料,目前以镍钴锰酸锂三元材料作为正极材料的锂离子电池已经得到广泛应用，该锂电池（以炭黑为负极）的标称电压为3.7V。钛酸锂被广泛地作为锂离子电池负极材料，与锰酸锂、镍钴锰酸锂三元材料或磷酸亚铁锂等正极材料组成2.4 V或1.9V的锂离子二次电池，将钛酸锂用作锂离子电池的正极材料上个世纪80年代就有报道。近期也有用钛酸锂和炭黑制成标称电压为2.5V的电池的报道。

磷酸亚铁锂材料电池的标称电压为3.2V，充电上限电压为3.7V，放电下限电压为2.5V；镍钴锰酸锂三元材料电池的标称电压为3.7V，钛酸锂电池的标称电压为2.5V，因此可以在磷酸亚铁锂材料加入镍钴锰酸锂三元材料、钛酸锂材料，来延长磷酸亚铁锂电池充电到上限和放电到下限的时间。

本发明的电池工作原理是：电池的工作电压为3.2V，当电池充电达到磷酸亚铁锂上限3.7V时，达到镍钴锰酸锂材料的工作电压，此时电压上升很缓慢，因此电压不会迅速上升而造成过充；当电池放电到2.5V时，达到钛酸锂材料的工作电压，此时电压下降很缓慢，因此电压不会迅速下降而造成过放。

本发明的电池正极材料是由磷酸亚铁锂、镍钴锰酸锂与钛酸锂三者混合而成，其各自的制作或处理方法均是已知技术。

本发明是先将磷酸亚铁锂、镍钴锰酸锂与钛酸锂按比例，再加入适量的粘结剂、导电剂进行和料，混合均匀后调制成浆料，涂布到铝箔片或铝带上制成电池的正极片。再将此正极片与隔膜、负极片卷绕成方形卷芯装入钢壳内，激光焊后注入电解液就制成了锂离子的动力电池。

本发明具有以下优点：