高电压锂电池正极材料、锂离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，涉及一种高电压锂电池正极材料、锂离子电池及其制备方法。本发明专利技术提供的高电压锂电池正极材料，包括以下重量百分比的原料：单晶结构的正极活性物质92％～98％、导电剂1％～4％和粘结剂1％～4％；其中，单晶结构的正极活性物质的结构式为LiNixCoyMn1－x－yO2，式中，0.4＜x＜0.9，0＜y＜0.4，0＜1－x－y＜1。本发明专利技术的正极材料在高电压循环过程中具有良好的结构稳定性，而且具有较高的热稳定性，从而缓解了现有的正极材料热稳定性差，在高电压下使用时结构容易发生变化等的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
高电压锂电池正极材料、锂离子电池及其制备方法
本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种高电压锂电池正极材料、锂离子电池及其制备方法。
技术介绍
在现有的二次电池体系中，无论从发展空间，还是从寿命、比能量、工作电压和自放电率等技术指标来看，锂离子电池都是当前最有竞争力的二次电池。而锂离子电池的关键材料是正极材料，约占锂离子电池成本的30％。目前市场上锂离子电池采用的正极材料主要有钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂和镍钴锰酸锂(NCM)三元材料等。随着电动汽车、混合动力车、无绳电动工具及军事上的应用的增多，对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求。为了提高电池的能量密度，提高正极材料的工作电位是有效手段之一。目前已经开发出的高电压的正极材料如富锂层状正极材料、尖晶石氧化物LiNixMn(2－x)O4和橄榄石结构的LiMP04等，它们的工作电压都比较高。目前研究最多的高电压正极材料是尖晶石氧化物LiNi0.5Mn1.5O4，但是但该材料存在的关键问题是不易制得具有单一相、化学稳定性好的产物。通常的固相法或者液相法在高温处理时容易造成尖晶石结构氧缺陷，材料没有按照化学计量比合成，出现了LixNi1－xO等杂质相，Mn3+没有完全消失，使得充放电过程中相变严重，易造成容量衰减、高倍率放电性能差等问题。因此，研究开发一种制备过程简单，产品稳定性好，充放电过程中不易发生相变现象，且成本低，更易于实现工业化生产的高电压锂电池正极材料，将在未来的锂离子电池市场有着广阔的应用前景。鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种高电压锂电池正极材料，该正极材料中包括了具有单晶结构的正极活性物质，即单晶结构的NCM三元材料，使得制备得到的正极材料也为单晶结构，这种结构的正极材料在高电压循环过程中具有良好的结构稳定性，较高的热稳定性。本专利技术的第二目的在于提供一种锂离子电池，该锂离子电池包括所述的高电压锂电池正极材料，使其具有较好的高温循环性能，较好的热稳定性和较高的体积能量密度。本专利技术的第三目的在于提供一种锂离子电池的制备方法，该方法生产出的最终产品稳定性好，便于稳定生产，而且环境友好，操作简单，生产效率高，容易实现工业化大规模生产。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供一种高电压锂电池正极材料，包括以下重量百分比的原料：单晶结构的正极活性物质92％～98％、导电剂1％～4％和粘结剂1％～4％；其中，单晶结构的正极活性物质的结构式为LiNixCoyMn1－x－yO2，式中，0.4＜x＜0.9，0＜y＜0.4，0＜1－x－y＜1。作为进一步优选技术方案，包括以下重量百分比的原料：单晶结构的正极活性物质93％～97％、导电剂1.5％～3.5％和粘结剂1.5％～3.5％；优选地，包括以下重量百分比的原料：单晶结构的正极活性物质93.5％～96.5％、导电剂1.8％～3.5％和粘结剂1.7％～3％。作为进一步优选技术方案，LiNixCoyMn1－x－yO2包括LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2或LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2中的至少一种。作为进一步优选技术方案，所述导电剂包括导电炭黑；优选地，所述粘结剂包括PVDF。根据本专利技术的另一个方面，本专利技术还提供一种锂离子电池，包括以上所述的高电压锂电池正极材料、负极材料和高电压电解液。作为进一步优选技术方案，所述高电压电解液的基体溶剂包括腈类、砜类、醚类和氟代溶剂中的至少一种。作为进一步优选技术方案，所述高电压电解液的基体溶剂包括环丁砜、二甲基砜、乙腈、异丙腈、戊二腈、二甲醚、甲基乙基醚、冠醚、氟代碳酸酯、氟代碳酸乙烯酯和氟代醚中的任意一种或多种。作为进一步优选技术方案，所述负极材料包括负极活性物质，所述负极活性物质包括人造石墨或天然石墨中的一种或两种。作为进一步优选技术方案，所述负极材料包括以下重量百分比的原料：负极活性物质94％～96％、导电剂0.5％～2％、粘结剂0.5％～2％和CMC胶0.5％～2％；优选地，导电剂包括导电炭黑；优选地，粘结剂包括SBR。根据本专利技术的另一个方面，本专利技术还提供一种上述的锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：(a)将负极材料中的各原料充分混合制得负极材料浆料，将负极材料浆料均匀涂覆于负极集流体表面，然后进行干燥和压实，形成负极片；(b)将正极材料中的各原料充分混合制得正极材料浆料，将正极材料浆料均匀涂覆于正极集流体表面，然后进行干燥和压实，形成正极片；(c)将正极片、负极片与隔膜和电解液进行组装，得到锂离子电池。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术提供的高电压锂电池正极材料包括了具有单晶结构的正极活性物质，即单晶结构的NCM三元材料，使得制备得到的正极材料也为单晶结构，这种结构的正极材料在高电压循环过程中具有良好的结构稳定性，而且具有较高的热稳定性，从而缓解了现有的正极材料热稳定性差，在高电压下使用时结构容易发生变化等的缺陷。相比于现有的掺杂型或包覆型的正极材料，降低了材料成本，节省了制造工序，同时加工性能好，能有效增加锂离子电池的比容量，能量密度高，循环性能好，显著改善其电化学性能。此外，该高电压锂电池正极材料还能防止制备电池的过程中正极片碾压造成的颗粒破碎，缓解电解液对正极材料的腐蚀，有效改善正极材料的结构稳定性，具有良好的高温循环性能。2、本专利技术的锂离子电池，包括高电压锂电池正极材料和高电压电解液，在高电压下循环过程中具有良好结构稳定性和循环性能，具有更高的能量密度，还提高了电池比容量和电池的安全性能，延长电池使用寿命。3、本专利技术的制备方法不仅具有清洁、高效、低成本的优点，生产出的最终产品稳定性好，便于稳定生产；而且环境友好，操作简单，生产效率高，无需采用复杂的设备系统，容易实现工业化大规模生产，具有工业实用性。具体实施方式下面将结合实施方式和实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施方式和实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。第一方面，在一些实施例中提供一种高电压锂电池正极材料，包括以下重量百分比的原料：单晶结构的正极活性物质92％～98％、导电剂1％～4％和粘结剂1％～4％；其中，单晶结构的正极活性物质的结构式为LiNixCoyMn1－x－yO2，式中，0.4＜x＜0.9，0＜y＜0.4，0＜1－x－y＜1。上述高电压锂电池正极材料的活性物质采用的是具有单晶结构的NCM三元材料，使得制备得到的正极材料也为单晶结构，这种结构的正极材料在高电压循环过程中具有良好的结构稳定性，而且具有较高的热稳定性，从而缓解了现有的正极材料热稳定性差，在高电压下使用时结构容易发生变化等的缺陷。相比于现有的掺杂型或包覆型的正极材料，上述具有单晶结构的正极材料，不仅降低了材料成本，节省了制造工序，加工性能好，价格低廉，而且能有效增加锂离子电池的比容量，能量密度高，循环性能好，显著改善本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高电压锂电池正极材料，其特征在于，包括以下重量百分比的原料：单晶结构的正极活性物质92％～98％、导电剂1％～4％和粘结剂1％～4％；其中，单晶结构的正极活性物质的结构式为LiNixCoyMn1－x－yO2，式中，0.4＜x＜0.9，0＜y＜0.4，0＜1－x－y＜1。

【技术特征摘要】
1.一种高电压锂电池正极材料，其特征在于，包括以下重量百分比的原料：单晶结构的正极活性物质92％～98％、导电剂1％～4％和粘结剂1％～4％；其中，单晶结构的正极活性物质的结构式为LiNixCoyMn1－x－yO2，式中，0.4＜x＜0.9，0＜y＜0.4，0＜1－x－y＜1。2.根据权利要求1所述的高电压锂电池正极材料，其特征在于，包括以下重量百分比的原料：单晶结构的正极活性物质93％～97％、导电剂1.5％～3.5％和粘结剂1.5％～3.5％；优选地，包括以下重量百分比的原料：单晶结构的正极活性物质93.5％～96.5％、导电剂1.8％～3.5％和粘结剂1.7％～3％。3.根据权利要求1或2所述的高电压锂电池正极材料，其特征在于，LiNixCoyMn1－x－yO2包括LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2或LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2中的至少一种。4.根据权利要求1或2所述的高电压锂电池正极材料，其特征在于，所述导电剂包括导电炭黑；优选地，所述粘结剂包括PVDF。5.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求1～4任一项所述的高电压锂电池正极材料、负极材料和高电压电解液。6.根据权利要求5...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏凯，乔乔，陆文宁，
申请(专利权)人：北京国能电池科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11