[发明专利]一种高电压复合正极材料及包含该材料的锂离子电池

说明书

本发明提供一种高电压复合正极材料及包含该材料的锂离子电池，所述正极材料具有核壳结构，磷酸锆锂快离子导体作为壳层材料，钴酸锂和523三元材料作为核心材料，其中，所述钴酸锂和523三元材料的质量比为(1‑9):1。所述磷酸锆锂具有极好的稳定性和优良的锂离子传输性能，将其包覆在复合正极材料表面可以有效避免与电解液直接接触，降低正极与电解液间的副反应，又能提高锂离子传输速率；本发明以特定组成和粒径的钴酸锂和特定组成和粒径的三元材料通过机械物理混合而成的复合材料作为基体，再通过与磷酸锆锂固相物理混合、低温快速烧结在复合正极材料表面形成包覆层，最终得到磷酸锆锂快离子导体包覆的高电压复合正极材料。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种高电压复合正极材料及包含该材料的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、工作电压高、环境友好、可制造加工性能强，目前被广泛应用在手机、笔记本电脑、电动汽车以及储能领域。锂离子电池的快速发展，对于解决能源危机和改善环境污染具有重要意义。其中正极材料对锂离子电池的电化学性能、安全性能以及制造成本起着关键作用，可以说正极材料是制约锂离子电池发展的关键因素。目前锂离子电池常用的正极材料主要有钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂等。但是以上几种正极材料都有一些自身固有的缺点，例如钴酸锂虽然作为高能量密度体系的主打材料，但是受限于钴矿资源制约，成本较高，并且在高电压体系下的热稳定性和安全性能较差，而磷酸铁锂等三元材料由于压实密度低和电压平台低，故可应用的能量密度体系低，并且磷酸铁锂具有低温性能差的缺点，而锰酸锂高温循环性能较差。

由于3C数码领域对于手机和平板的需求日趋更轻更薄化，相应对锂离子电池的能量密度要求也越来越高，钴酸锂作为高能量密度的主要正极材料，提高其上限工作电压和克容量被认为是有效提升能量密度的途径，但是提高工作电压后，钴酸锂正极材料的热稳定性和安全性能会相应变差很多。

发明内容

为了改善现有技术的不足，本发明的目的是提供一种克容量高、循环性能优异和安全性能好，并且具有优异热稳定性的磷酸锆锂包覆的高电压复合正极材料；并且该正极材料基体为钴酸锂与三元材料混合而成，该正极材料在高电压(4.35-4.48V)下使用具有较高的热稳定性和能量密度，并且成本低、合成工艺简单，适合大规模生产。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种高电压复合正极材料，所述正极材料具有核壳结构，磷酸锆锂快离子导体作为壳层材料，钴酸锂和523三元材料作为核芯材料，

其中，所述钴酸锂和523三元材料的质量比为(1-9):1；磷酸锆锂快离子导体占所述高电压复合正极材料总质量的0.03-1wt％。

根据本发明，所述磷酸锆锂快离子导体形成厚度为5-30nm的包覆层。

根据本发明，所述钴酸锂的粒径D₅₀为15-25μm，同时所述钴酸锂为大小颗粒级配，所述523三元材料的粒径D₅₀为3-5μm。所述粒径范围的选择匹配，有利于实现复合正极材料取得较高的压实密度。

根据本发明，所述复合正极材料的压实密度为3.85～4.1g/cm³。