一种锂离子电池的正极材料及含有其的全电池和制法制造技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池的正极材料及含有其的全电池和制法。该锂离子电池的正极材料由Ni含量较高的三元材料与Ni含量较低的三元材料混合而成；Ni含量较高的三元材料的单晶粒径为160nm‑200nm，Ni含量较低的三元材料的单晶粒径为120nm‑150nm。本发明专利技术还提供了由上述正极材料制备的正极极片以及含有该正极极片的全电池。本发明专利技术的正极材料的制备成本低、电池容量可控，而且含有其的全电池具有较高的体积能量密度。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池的正极材料及含有其的全电池和制法
本专利技术涉及一种锂离子电池的正极材料及含有其的全电池，属于锂离子电池

技术介绍
因具有较高的工作电压、能量密度、长寿命和对环境友好等特点，锂离子电池已经成为新一代电动汽车、电动工具及电子产品的动力电源，目前已经广泛应用于能源、交通、通讯等不同的领域之中。三元材料，尤其是高镍三元材料，由于具有容量高、循环性能优异的特点而得到广泛应用。由于锂离子电池三元材料的容量随着Ni含量的增加而增加，因此可以通过提高Ni含量来提高三元材料的容量。但是，随着Ni含量的增加，材料的结构稳定性逐渐降低。此外，随着Ni含量的增加，对烧结条件的要求越高，例如，烧结的气氛由空气变为氧气，烧结的装钵量逐渐降低。Ni含量较高的二次球型材料循环性能差，做成单晶可以在一定程度上改善循环性能，但是单晶材料单独使用时电池的内阻较高且容量较相同Ni含量的二次球型材料低。而Ni含量较低的材料循环性能虽好，但是容量较低，满足不了对能量密度(续航里程)日益增长的要求。Ni含量处于中间的材料容量和循环性能居中，但是无论是做成单晶还是二次球，其开发成本较高，因为Ni含量每改变5％，材料的制备工艺都将做较大的调整。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种制备成本低、电池容量可控，而且具有较高的体积能量密度的锂离子电池。为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种锂离子电池的正极材料，其中，该锂离子电池的正极材料由Ni含量较高的三元材料与Ni含量较低的三元材料混合而成；Ni含量较高的三元材料的组成为LiNix1Coy1Mn(1-x1-y1)O2，其中，0.80≤x1≤0.9，0<y1≤0.15；Ni含量较低的三元材料的组成为LiNix2Coy2Mn(1-x2-y2)O2，其中，0.5≤x2≤0.6，0<y2≤0.3；Ni含量较高的三元材料的单晶粒径为160nm-200nm，Ni含量较低的三元材料的单晶粒径为120nm-150nm。本专利技术的锂离子电池的正极材料将两种不同Ni含量的、特定粒径的三元材料直接混合，通过调节两种材料的比例即可获得容量处于两种三元材料容量之间的正极材料，方法简单，可大幅降低材料研发成本，而且由该正极材料制备的全电池具有较高的体积能量密度。本专利技术的锂离子电池的正极材料通过对采用的不同Ni含量的三元材料的粒径进行限定，可以提高电池极片的压实密度，在全电池中，可以提高电池的体积能量密度。在本专利技术的锂离子电池的正极材料中，采用的Ni含量较高的和Ni含量较低的三元材料的单晶粒径是通过XRD测试经过软件精修得到的，是三元材料的微观尺寸。在本专利技术的锂离子电池的正极材料中，同时还通过粒度分析仪测得了Ni含量较高的和Ni含量较低的三元材料的D50粒度。在本专利技术的一具体实施方式中，Ni含量较高的三元材料的D50粒度3μm≤D50≤5μm。在本专利技术的一具体实施方式中，Ni含量较低的三元材料的D50粒度9μm≤D50≤15μm。在本专利技术的锂离子电池的正极材料中，将两种不同Ni含量的、特定粒径的三元材料直接混合，混后材料的容量由两种材料的添加比例决定。在本专利技术的一具体实施方式中，Ni含量较高的三元材料占正极材料总质量的20％-80％，Ni含量较低的三元材料占正极材料总质量的80％-20％。在本专利技术的一具体实施方式中，Ni含量较高的三元材料为单晶或类单晶型三元材料。在本专利技术的一具体实施方式中，Ni含量较低的三元材料为多晶二次球型三元材料。本专利技术还提供了一种正极极片，该正极极片是由本专利技术的锂离子电池的正极材料制备而成。在本专利技术的一具体实施方式中，该正极极片在制备时，还可以在Ni含量较高的三元材料和Ni含量较低的三元材料的混合物中添加粘结剂和导电剂。其中，该正极极片中Ni含量较高的三元材料与Ni含量较低的三元材料的质量之和为正极极片总量的97.5％以上。本专利技术还提供了一种全电池，其中，该全电池的正极由本专利技术的正极极片制备而成。本专利技术的全电池由于采用了本专利技术的锂离子电池的正极材料作为正极材料，使得本专利技术的全电池具有较高的能量密度，而且制备成本低。需要说明的是，这里的全电池包括但不限于叠片型软包全电池。本专利技术还提供了上述全电池的制备方法，其中，该制备方法包括以下步骤：将Ni含量较高的三元材料和Ni含量较低的三元材料混合，将混合后的材料用于全电池制备；或者，在正极合浆的过程中分别加入Ni含量较高的三元材料和Ni含量较低的三元材料，进行合浆；全电池制备包括正极合浆和负极合浆、涂布、辊压、分切、模切，极片制备完成后进行叠片、铝塑膜一次封装、干燥、注液、化成、铝塑膜二次封装、分容，得到全电池。在本专利技术的一具体实施方式中，正极合浆采用的导电剂为石墨烯和碳纳米管的复合导电剂。在本专利技术的一具体实施方式中，正极合浆采用的粘接剂为聚偏氟乙烯。在本专利技术的一具体实施方式中，全电池的负极为人造石墨，粘接剂为CMC(羧甲基纤维素)和SBR(丁苯橡胶)，导电剂为SP(导电碳)，负极片中人造石墨的占比≥96.5％。在本专利技术的一具体实施方式中，正极片辊压的压实密度≥3.5g/cm3，负极片辊压的压实密度≥1.6g/cm3；在本专利技术的一具体实施方式中，全电池化成的上限截止电压为4.2V-4.4V(比如，4.3V)，分容及后续循环的电压为3V-4.2V。全电池在化成时充电至更高电压，可以更好的激活单晶或类单晶三元材料的性能，使全电池具有更高的容量。本专利技术的锂离子电池的正极材料，通过将两种不同Ni含量的二次球型和单晶/类单晶型三元材料混合，调节两种材料的比例，获得容量处于两种三元材料容量之间的三元材料(混合后材料的容量与两者按照比例的加和基本相同且高于相同Ni含量的单晶/类单晶材料)，方法简单，可大幅降低生产成本。本专利技术的锂离子电池的正极材料的结构稳定性更高，表面残碱更低，具有更好的电化学性能和加工性能，可以提高正极片的压实密度，进而提高全电池的能量密度。本专利技术的全电池制备过程中对化成工艺进行优化(截至电压＞4.2V)，可以更好的激活材料的性能，电池的克容量发挥更高。附图说明图1为本专利技术实施例1制备材料的扫描电镜图。图2为本专利技术实施例1制备的材料及两种不同Ni含量三材料的充放电曲线。图3为本专利技术实施例1制备全电池的正极克容量发挥及常温循环图。具体实施方式为了对本专利技术的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本专利技术的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本专利技术的可实施范围的限定。实施例1本实施例提供了一种含有LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2及LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2复合材料的全电池的制备方法，步骤如下：将类单晶型LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2与多晶二次球型LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2材料充分混合。其中，类单晶三元材料的D50为4μm，晶粒尺寸为160nm，占混合料总质量的30％。多晶二次球三元材料的D50为12μm，晶粒尺寸为135nm，占混合料总质量的70％；将混合好的物料用于正极合浆，正极极片的组成为三元材料：导电剂：粘接剂＝98:0.8:1.2，负极极片的组成为人造石墨：导电剂：粘接剂＝96.5:0.8:2.7；将制备好的浆料进行涂布，然后进行辊压、分切本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池的正极材料，其中，该锂离子电池的正极材料由Ni含量较高的三元材料与Ni含量较低的三元材料混合而成；Ni含量较高的三元材料的组成为LiNix1Coy1Mn(1‑x1‑y1)O2，其中，0.80≤x1≤0.9，0<y1≤0.15；Ni含量较低的三元材料的组成为LiNix2Coy2Mn(1‑x2‑y2)O2，其中，0.5≤x2≤0.6，0<y2≤0.3；Ni含量较高的三元材料的单晶粒径为160nm‑200nm，Ni含量较低的三元材料的单晶粒径为120nm‑150nm。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池的正极材料，其中，该锂离子电池的正极材料由Ni含量较高的三元材料与Ni含量较低的三元材料混合而成；Ni含量较高的三元材料的组成为LiNix1Coy1Mn(1-x1-y1)O2，其中，0.80≤x1≤0.9，0<y1≤0.15；Ni含量较低的三元材料的组成为LiNix2Coy2Mn(1-x2-y2)O2，其中，0.5≤x2≤0.6，0<y2≤0.3；Ni含量较高的三元材料的单晶粒径为160nm-200nm，Ni含量较低的三元材料的单晶粒径为120nm-150nm。2.根据权利要求1所述的正极材料，其中，所述Ni含量较高的三元材料的粒度3μm≤D50≤5μm；所述Ni含量较低的三元材料的粒度9μm≤D50≤15μm。3.根据权利要求1所述的正极材料，其中，所述Ni含量较高的三元材料占正极材料总质量的20％-80％，所述Ni含量较低的三元材料占正极材料总质量的80％-20％。4.根据权利要求1所述的正极材料，其中，所述Ni含量较高的三元材料为单晶或类单晶型三元材料，所述Ni含量较低的三元材料为多晶二次球型三元材料。5.一种正极极片，其中，该正极极片是由权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：高玉仙，陈方，李道聪，夏昕，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34