锂离子电池及其正极活性材料制造技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池正极活性材料，其包括：第一锂过渡金属氧化物Lia(NibCocMnd)1‑eMeO2或Lia(NibCocAld)1‑eM’eO2，其中，0.9

Lithium-ion batteries and their cathode active materials

The invention discloses a cathode active material for lithium ion batteries, which comprises the first lithium transition metal oxide Lia (NibCocMnd) 1 eMeO 2 or Lia (NibCocAld) 1 eM'eO 2, wherein, 0.9.

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池及其正极活性材料
本专利技术属于电池领域，更具体地说，本专利技术涉及一种锂离子电池及其正极活性材料。
技术介绍
相对于传统的铅酸电池、镍氢电池等二次电池，锂离子电池有着能量密度高、输出电压高、自放电低、无记忆效应和环境友好等优点，因此得到了广泛的应用与开发。锂离子电池材料的性能决定电池的性能，正极材料的研究一直是科学工作者关注的热点，LiCoO2、LiMnO4、LiFePO4、LiNixCoyMn1-x-yO2等正极材料已得到广泛的研究。目前，动力电池主要使用的正极材料为LiFePO4和LiNixCoyMn1-x-yO2(x<0.5)，其表现出了优异的电化学性能和安全性能，但随着动力电池对正极材料的能量密度越来越高，目前的LiFePO4和低镍三元材料LiNixCoyMn1-x-yO2(x<0.5)由于比容量较低，已不能满足市场的需求。高镍三元材料LiNixCoyMn1-x-yO2(x>0.8)能量密度较高，但存储性能和安全性能有待解决，难以实现大规模量产。如何平衡正极材料的能量密度和存储产气以及安全性能成为研究的方向。有鉴于此，确有必要提供一种具有理想性能的正极活性材料和锂离子电池，以提高锂离子电池的能量密度和安全性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种具有理想性能的正极活性材料和锂离子电池，以提高锂离子电池的能量密度和安全性能。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种锂离子电池正极活性材料，包括第一锂过渡金属氧化物Lia(NibCocMnd)1-eMeO2或Lia(NibCocAld)1-eM’eO2和第二锂过渡金属氧化物LixNiyCozM”sO2，其中，0.9<a<1.1，0.6≤b<0.9，0.1≤c<0.4，0.05≤d<0.4，0≤e≤0.1,b+c+d＝1，M为Al、Mg、Ti、Zr中的一种或几种，M’为Mg、Ti、Zr中的一种或几种；0.9<x<1.1，0.4≤y<0.6，0.2≤z<0.5，0.2≤s<0.5，y+z+s＝1，M”为Mn、Al、Mg、Ti、Zr、Fe、Cr、V、Ti、Cu、B、Ca、Zn、Nb、Mo、Sr、Sb、W、Bi中的一种或几种。作为本专利技术锂离子电池正极活性材料的一种改进，所述第一锂过渡金属氧化物和第二锂过渡金属氧化物的重量比为50:50～90:10。当第一锂过渡金属氧化物和第二锂过渡金属氧化物的重量比低于50:50时，由于第一锂过渡金属氧化物Lia(NibCocMnd)1-eMeO2或Lia(NibCocAld)1-eM’eO2(0.6≤b<0.9)含量过少，混合正极活性材料克容量较低，对电池能量密度的改善并不明显；而重量比高于90:10时，则第一锂过渡金属氧化物含量太高，正极活性材料的循环稳定性和安全性较差，从而恶化电池性能。作为本专利技术锂离子电池正极活性材料的一种改进，所述第一锂过渡金属氧化物和第二锂过渡金属氧化物的重量比为50:50～80:20。第一锂过渡金属氧化物Lia(NibCocMnd)1-eMeO2或Lia(NibCocAld)1-eM’eO2(0.6≤b＜0.9)的克容量大于180mAh/g，能量密度高，但其结构不稳定，与电解液界面稳定性差，存在以下问题：(1)高温存储过程中容易胀气，容量衰减快；(2)循环过程中容量衰减较快；(3)热稳定较差，在高温、过充、穿钉等条件下容易热失控。第二锂过渡金属氧化物LixNiyCozM”sO2(0.4≤y<0.6)的克容量小于170mAh/g，能量密度相对较低，但其结构稳定，与电解液界面稳定性好，拥有以下优点：(1)高温存储过程中产气少，容量保持率高；(2)循环过程中容量保持率高，循环寿命长；(3)热稳定较高，在高温、过充、穿钉等条件下产热少，不容易热失控。作为本专利技术锂离子电池正极活性材料的一种改进，所述第一锂过渡金属氧化物的中值粒径10μm<D50≤20μm，所述第二锂过渡金属氧化物的中值粒径6μm<D50≤10μm。作为本专利技术锂离子电池正极活性材料的一种改进，所述锂离子电池正极活性材料的压实密度大于3.4g/cm3。LixNiyCozM”sO2(0.4≤y<0.6)拥有较小的粒径(6μm<D50≤10μm)，其可为二次颗粒或者一次颗粒，可与中值粒径D50较大(>10μm)的第一锂过渡金属氧化物Lia(NibCocMnd)1-eMeO2或Lia(NibCocAld)1-eM’eO2(0.6≤b<0.9)通过大小球搭配混合，能够有效利用颗粒与颗粒之间的空隙，从而使得压实密度达到3.4g/cm3以上，能有效提高体积能量密度。但当第一锂过渡金属氧化物的粒径大于20μm时，材料在冷压过程中，由于粒径较大，容易将大颗粒的材料压碎，使测试性能变差；当第一锂过渡金属氧化物粒径小于10μm时，不能有效与第二锂过渡金属氧化物形成良好搭配；当第二锂过渡金属氧化物粒径小于6μm时，颗粒粒径搭配没有形成有效搭配，同时粒径小，材料活性比面积较大，负反应较多，影响材料性能；当第二锂过渡金属氧化物的粒径大于10μm时，不能有效与第一锂过渡金属氧化物形成良好搭配，降低测试性能。作为本专利技术锂离子电池正极活性材料的一种改进，所述第二锂过渡金属氧化物LixNiyCozM”sO2的颗粒为单晶颗粒，选用单晶颗粒的材料，材料表面的稳定性更高，更有利于提高材料的安全性能。作为本专利技术锂离子电池正极活性材料的一种改进，所述第二锂过渡金属氧化物LixNiyCozM”sO2中，0.9<x<1.1，0.5≤y≤0.55，0.2≤z<0.5，0.2≤s<0.5，y+z+s＝1，M”为Mn、Al中的一种或两种。为了实现上述专利技术目的，本专利技术还提供了一种锂离子电池，包括含有正极活性材料的正极片、含有负极活性材料的负极片、间隔于正极片和负极片之间的隔离膜，以及电解液，所述正极活性材料为前述的正极活性材料。作为本专利技术锂离子电池的一种改进，所述电解液包括锂盐，所述锂盐选自LiN(CpF2p+1SO2)(CqF2q+1SO2)、LiPF6、LiBF4、LiBOB、LiAsF6、LiCF3SO3、LiClO4中的一种或几种，其中，p、q为自然数。作为本专利技术锂离子电池的一种改进，所述电解液包括非水有机溶剂，所述非水有机溶剂包括碳酸丙烯酯，以及碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、甲酸甲酯、乙酸乙酯、丁酸甲酯、丙烯酸甲酯、乙烯亚硫酸酯、丙烯亚硫酸酯、亚硫酸二甲酯、二乙基亚硫酸酯、1,3-丙磺酸内酯、硫酸乙烯酯、酸酐、N-甲基吡咯烷酮、N-甲基甲酰胺、N-甲基乙酰胺、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、环丁砜、二甲亚砜、甲硫醚、γ-丁内酯、四氢呋喃、含氟环状有机酯、含硫环状有机酯、含不饱和键环状有机酯中的一种或几种。作为本专利技术锂离子电池的一种改本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池正极活性材料，其特征在于，包括：第一锂过渡金属氧化物Lia(NibCocMnd)1‑eMeO2或Lia(NibCocAld)1‑eM’eO2，其中，0.9

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极活性材料，其特征在于，包括：第一锂过渡金属氧化物Lia(NibCocMnd)1-eMeO2或Lia(NibCocAld)1-eM’eO2，其中，0.9<a<1.1，0.6≤b<0.9，0.1≤c<0.4，0.05≤d<0.4，0≤e≤0.1，b+c+d＝1，M为Al、Mg、Ti、Zr中的一种或几种，M’为Mg、Ti、Zr中的一种或几种，以及；第二锂过渡金属氧化物LixNiyCozM”sO2，其中，0.9<x<1.1，0.4≤y<0.6，0.2≤z<0.5，0.2≤s<0.5，y+z+s＝1，M”为Mn、Al、Mg、Ti、Zr、Fe、Cr、V、Ti、Cu、B、Ca、Zn、Nb、Mo、Sr、Sb、W、Bi中的一种或几种。2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极活性材料，其特征在于，所述第一锂过渡金属氧化物和第二锂过渡金属氧化物的重量比为50:50～90:10。3.根据权利要求1所述的锂离子电池正极活性材料，其特征在于，所述第一锂过渡金属氧化物和第二锂过渡金属氧化物的重量比为50:50～80:20。4.根据权利要求1所述的锂离子电池正极活性材料，其特征在于，所述第一锂过渡金属氧化物的中值粒径10μm<D50≤20μm，所述第二锂过渡金属氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘辉，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35