本发明专利技术公开了用于锂离子电池的正极材料、正极极片和锂离子电池。其中，正极材料具有如式(I)所示的组成，LiNixCoyAl1‑x‑yO2···(I)式(I)中，x和y同时满足：0.8≤x≤0.92，0.05≤y≤0.2，1‑x‑y>0。该正极材料通过采用优化组成的镍钴铝酸锂材料，具有优异的高压循环稳定性和更高的能量密度。
Cathode materials, cathode plates and lithium-ion batteries for lithium-ion batteries
The invention discloses cathode materials, cathode plates and lithium ion batteries for lithium ion batteries. Among them, the cathode material has the composition shown in formula (I). In formula (I) of LiNixCoyAl1 x yO2. (I), both X and Y satisfy: 0.8 x 0.92, 0.05 y 0.2, 1 x y > 0. The cathode material has excellent cyclic stability at high pressure and higher energy density by using the optimized composition of lithium nickel cobalt aluminate material.
【技术实现步骤摘要】
用于锂离子电池的正极材料、正极极片和锂离子电池
本专利技术涉及电池领域，具体而言，本专利技术涉及用于锂离子电池的正极材料、正极极片和锂离子电池。
技术介绍
正极材料是制约动力电池能量密度的关键要素之一。目前常见的锂离子动力电池正极材料主要有尖晶石结构的锰酸锂(LiMn2O4)，橄榄石结构的磷酸铁锂(LiFePO4)和层状结构的钴酸锂(LiCoO2)、镍酸锂(LiNiO2)。锰酸锂是尖晶石型嵌理化合物的典型代表，可逆容量在120mAh/g左右，具有安全性好、无环境污染、工作电压高、成本低廉等特点，其三维隧道结构更有利于锂离子的嵌入和脱出，适合用作锂离子动力电池的正极材料，但其低容量限制了广泛推广。橄榄石结构的磷酸铁锂，具有安全性高、成本较低的优点，但存在放电电压低(3.3V)、振实密度低等不足，因此此材料在能量密度要求不高的电动大巴和插电式混合动力市场占有率较高，但是在能量密度要求更高的电动轿车市场处于劣势。层状镍酸锂比容量高，但是制备时易生成非化学计量比的产物，结构稳定性和热稳定性差。上述几种正极材料的缺点都制约了自身在电动汽车电池的进一步应用，因此寻找新的正极材料成了研究的重点。LiNiO2与LiCoO2同为α-NaFeO2结构，且Ni、Co为同周期相邻元素，因此它们能以任意比例混合形成固溶体并且保持层状结构不变，具有很好的结构互补性。同时，它们在电化学性能上互补性也很好。因此，开发复合正极材料成了锂离子电池正极材料的研究方向之一。其中，层状Li-Ni-Co-Al-O系列材料(简称NCA材料)较好地兼备了以上的优点。专利CN108232304A中采用NCA正极材料，高容量石墨负极材料，以及优化铜铝箔厚度来提升电池能量密度，但是充电电压为常规4.2V，循环性能较差。专利CN108511748A中采用镍钴锰酸三元锂(NCM)正极材料和石墨类负极材料，通过优化工艺来提高电池能量密度，NCM正极材料镍含量≤60％，电池充电电压为常规4.2V，虽然电池循环性能较好，但是能量密度提高有限。由此可见，现有的锂离子电池正极材料仍有待改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出用于锂离子电池的正极材料、正极极片和锂离子电池。其中，该正极材料通过采用优化组成的镍钴铝酸锂材料，具有优异的高压循环稳定性和更高的能量密度。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种用于锂离子电池的正极材料，其特征在于，所述正极材料具有如式(I)所示的组成，LiNixCoyAl1-x-yO2(I)式(I)中，x和y同时满足：0.8≤x≤0.92，0.05≤y≤0.2，1-x-y>0。根据本专利技术实施例的正极材料相对于典型的NCA正极材料具有更高的Ni含量和更低的Co、Al含量。通过采用高含量的Ni，为正极材料容量的提升提供了理论基础，镍含量越高，材料能量密度越高；同时随着镍含量的增加，钴含量降低，材料成本降低。Co、Al含量较低，可以在保证材料稳定性和循环性能的同时，与Ni产生协同作用，改善镍酸锂材料本身存在的制备时易生成非化学计量比的产物，结构稳定性和热稳定性差等问题，进一步有利于高比容量层状镍酸锂材料性能的发挥。经检测，本专利技术正极材料所制成电池的能量密度大于270W·h/kg。另外，根据本专利技术上述实施例的正极材料还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，式(I)中，0.82≤x≤0.89，0.05≤y≤0.1。在本专利技术的一些实施例中，式(I)中，x＝0.88，y＝0.09。在本专利技术的一些实施例中，所述正极材料进一步包括：掺杂剂，所述掺杂剂具有如式(II)所示的组成，LiaMbOc(II)式(II)中，M为选自Zr、Mo、Al、Ti、V和B中的至少之一，a＝1～4，b＝0.33～2，c为满足其他元素化合价所需的氧原子数；所述掺杂剂以包覆或掺混的形式与所述正极材料混合在本专利技术的一些实施例中，所述掺杂剂的用量为所述正极材料的0.1wt％～6wt％。在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了一种用于锂离子电池的正极极片。根据本专利技术的实施例，包括：正极集流体和形成在所述正极集流体表面的正极材料，所述正极材料包括上述实施例的正极材料。该正极极片通过采用上述实施例的正极材料，具有前文针对该正极材料所描述的全部特征和优点，在此不再赘述。总得来说，该正极极片具有优异的电化学性能。在本专利技术的再一方面，本专利技术提出了一种锂离子电池。根据本专利技术的实施例，该锂离子电池包括：上述实施例的正极极片、隔膜、负极极片和电解液；其中，所述负极极片包括负极集流体和形成在所述负极集流体表面的负极材料；所述电解液包括锂盐和溶剂。根据本专利技术实施例的锂离子电池通过采用上述实施例的正极极片，并配合以适宜的负极极片和电解液，可以获得优异的高压循环稳定性和能量密度。经检测，该锂离子电池常温循环1500次后容量大于80％。另外，根据本专利技术上述实施例的锂离子电池还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，所述锂盐包括双草酸硼酸锂，所述双草酸硼酸锂的浓度为2wt％～20wt％。在本专利技术的一些实施例中，所述双草酸硼酸锂的浓度为3wt％～15wt％。在本专利技术的一些实施例中，所述溶剂包括选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯中的至少之一。在本专利技术的一些实施例中，所述电解液进一步包括：第一添加剂，所述第一添加剂包括碳酸亚乙烯酯和亚硫酸丙烯酯的至少之一。在本专利技术的一些实施例中，所述第一添加剂的用量为所述电解液总量1v％～6v％。在本专利技术的一些实施例中，所述电解液进一步包括：第二添加剂，所述第二添加剂包括二甲基砜、甲基乙基砜和甲氧基乙基甲基砜中的至少之一。在本专利技术的一些实施例中，所述第二添加剂的用量为所述电解液总量1v％～3v％。在本专利技术的一些实施例中，所述锂离子电池进一步包括：外壳、正极端子和负极端子；其中，所述外壳适于容纳所述正极极片、所述隔膜、所述负极极片和所述电解液；所述正极端子设在所述外壳上，且与所述正极极片相连；所述负极端子设在所述外壳上，且与所述负极极片相连。在本专利技术的一些实施例中，所述外壳为铝壳、钢壳或聚合物包装膜。在本专利技术的一些实施例中，所述正极端子为铝材质。在本专利技术的一些实施例中，所述负极端子为铜镀镍材质。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种用于锂离子电池的正极材料，其特征在于，所述正极材料具有如式(I)所示的组成，LiNixCoyAl1-x-yO2(I)式(I)中，x和y同时满足：0.8≤x≤0.92，0.05≤y≤0.2，1-x-y>本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于锂离子电池的正极材料，其特征在于，所述正极材料具有如式(I)所示的组成，LiNixCoyAl1‑x‑yO2(I)式(I)中，x和y同时满足：0.8≤x≤0.92，0.05≤y≤0.2，1‑x‑y>0。
【技术特征摘要】
1.一种用于锂离子电池的正极材料，其特征在于，所述正极材料具有如式(I)所示的组成，LiNixCoyAl1-x-yO2(I)式(I)中，x和y同时满足：0.8≤x≤0.92，0.05≤y≤0.2，1-x-y>0。2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，式(I)中，0.82≤x≤0.89，0.05≤y≤0.1；任选地，x＝0.88，y＝0.99。3.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，进一步包括：掺杂剂，所述掺杂剂具有如式(II)所示的组成，LiaMbOc(II)式(II)中，M为选自Zr、Mo、Al、Ti、V和B中的至少之一，a＝1～4，b＝0.33～2，c为满足其他元素化合价所需的氧原子数；所述掺杂剂以包覆或掺混的形式与所述正极材料混合；任选地，所述掺杂剂的用量为所述正极材料的0.1wt％～6wt％。4.一种用于锂离子电池的正极极片，其特征在于，包括：正极集流体和形成在所述正极集流体表面的正极材料，所述正极材料包括权利要求1～3任一项所述的正极材料。5.一种锂离子电池，其特征在于，包括：权利要求4所述的正极极片、隔膜、负极极片和电解液；其中，所述负极极片包括负极集流体和形成在所述负极集流体表面的负极材料；所述电解液包括...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕豪杰，杨重科，张金涛，
申请(专利权)人：深圳鸿鹏新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44
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