[发明专利]一种正极活性物质及其制备方法、锂离子电池的正极材料及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明公开了一种正极活性物质及其制备方法、锂离子电池的正极材料及其制备方法和含有该正极材料的锂离子电池，该正极活性物质含有镍钴锰锂氧化物以及由式(1)所示的磷酸锰铁锂化合物，所述磷酸锰铁锂化合物的颗粒包覆在所述镍钴锰锂氧化物的颗粒的表面和嵌在所述镍钴锰锂氧化物的颗粒之间的缝隙中，所述磷酸锰铁锂化合物的颗粒的平均粒径为30‑200nm；LiMn_xFe_1‑xPO4(1)，其中，0＜x＜1，优选为0.5≤x≤0.8，更优选为0.6≤x≤0.8。根据本发明提供的正极材料，具有更高的压实密度以及更高的能量密度，含有该正极材料的锂离子电池，具有更高的容量以及具有更优异的充放电性能和安全性能。

技术领域

本发明涉及一种正极活性物质及其制备方法、含有该正极活性物质的锂离子电池的正极材料及其制备方法和含有该正极材料的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池是目前手机、笔记本电脑、汽车等产品中应用最广泛的电池。而锂离子电池的正极材料作为锂离子电池的重要组成，影响着锂离子电池的容量、放电性能和安全性能等，受到了研究人员的广泛关注。

CN101212048A公开了一种锂离子二次电池的正极材料及含有该正极材料的电池，该正极材料是将橄榄石结构的磷酸金属锂盐活性材料与过渡金属锂氧化物或者经包覆的过渡金属锂氧化物活性物质经过与导电剂、胶粘结剂混合得到，然后组装成锂电池，从而改善锂离子二次电池的安全性能和提高二次电池的容量、大电流放电性能、循环性能及高温储存性能。但是，磷酸金属锂盐和过渡金属锂氧化物都是以二次聚集体的形式存在，都是μm级别的大块状，两种料难以做到均匀分散，并且，磷酸金属锂盐和过渡金属锂氧化物在正极极片中是以单独的两种活性物质存在，分成两相，难以发挥两种材料的互补作用。

CN102249208A公开了一种锂离子电池正极材料磷酸锰铁锂的水热合成方法，该方法是将氢氧化锂、磷酸、硫酸亚铁和硫酸亚锰搅拌混合，然后转移到密闭反应釜中，在一定压力(0.48-1MPa)和一定温度(150-180℃)下反应数小时后进行过滤洗涤，然后加入可溶性碳源(如葡萄糖、蔗糖、淀粉、酚醛树脂等)进行搅拌分散，然后进行喷雾干燥后者闪蒸干燥，最后将干燥后的粉末在高温下(600-750℃)进行烧结包碳获得磷酸锰铁锂材料。但是该方法需要使用多倍的昂贵锂源，造成制备成本较高；反应后硫酸锂残留，必须增加工序进行洗涤及后期的沉淀提取硫酸锂，增加了制备过程的工序及成本不利于工业化生产；另外在制备前驱体溶液时，会产生多种不溶铁盐、多种不溶锰盐及多种不溶锂盐，成分较多，在水热反应过程中难以保证各种成分是均匀、一致分散及相互反应，并且，由于磷酸铁锂和磷酸锰锂的Ksp不一样，会造成两种成分不是同步均匀沉淀，都会造成最终产物的不均匀。

因此，本领域亟需开发一种具有高能量密度、高倍率、高压实密度以及良好安全性能的锂离子电池的正极材料及其制备方法。

发明内容

本发明的目的为了克服现有的锂离子电池正极材料中不能兼具高能量密度和高安全性能以及现有的正极材料的制备方法复杂且成本高的缺陷，提供一种正极活性物质及其制备方法和含有该正极活性材料具有高能量密度和高安全性能的锂离子电池的正极材料及其制备方法以及含有该正极材料的锂离子电池。

本发明的发明人通过研究发现，一定组成的磷酸锰铁锂以30-200nm的颗粒形式包覆在镍钴锰锂氧化物的颗粒表面和嵌在该镍钴锰锂氧化物的颗粒之间的缝隙中所得到的正极活性物质，能够提升磷酸锰铁锂化合物的压实密度，具有高能量密度、高倍率、高低温储存的优势，并且能够解决镍钴锰锂氧化物带来的安全问题。

为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种正极活性物质，该正极活性物质含有镍钴锰锂氧化物以及由式(1)所示的磷酸锰铁锂化合物，所述磷酸锰铁锂化合物的颗粒包覆在所述镍钴锰锂氧化物的颗粒的表面和嵌在所述镍钴锰锂氧化物的颗粒之间的缝隙中，所述磷酸锰铁锂化合物的颗粒的平均粒径为30-200nm；