正极活性材料、正极片及其制备方法和锂离子电池技术

本发明专利技术属于锂离子电池领域，具体涉及一种正极活性材料、正极片及其制备方法和锂离子电池。正极活性材料包括下述组分：层状镍钴锰三元材料、尖晶石锰酸锂材料、层状富锂锰基材料以及橄榄石结构的磷酸锰铁锂材料。本发明专利技术专利采用了高镍含量的单晶镍钴锰三元材料和磷酸锰铁锂材料与尖晶石锰酸锂材料，富锂锰材料进行复合，有效的改善了纯锰酸锂体系的循环性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
正极活性材料、正极片及其制备方法和锂离子电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池领域，具体涉及一种正极活性材料、正极片及其制备方法和锂离子电池。

技术介绍

[0002]目前，锂离子电池在3C领域，电动汽车、两轮电动车、储能、无人机等领域均有广泛应用。随着锂离子电池技术越来越成熟，人们对电池的能量密度、寿命、成本的要求也越来越高。
[0003]目前主流使用的NCM三元层状材料虽然有较高的能量密度，但是安全性能较差，尤其是高镍含量的NCM三元材料；橄榄石结构的磷酸铁锂材料安全性好，循环性能也比较好，但是能量密度较低。因此人们也将注意力逐渐放在了性价比更高的锰酸锂、磷酸锰铁锂材料上面。
[0004]尖晶石锰酸锂材料不含有贵金属Co，成本低，且平台电压高，低温性能好，但是由于John
‑
tel ler效应的存在(充放电过程中三价Mn易歧化生成可溶解的二价Mn，导致结构变化)，导致其循环性能较差，尤其是高温循环性能较差，难以满足人们的需求。
[0005]橄榄石结构的磷酸锰铁锂材料具有与磷酸铁锂材料相同的结构，类似的克容量，而平台电压更高，因此能够大大提升能量密度。但是该材料导电性更差，低温性能差，因此很难单独使用。
[0006]现有技术研究中有通过锰酸锂材料与镍钴锰酸锂材料、富锂锰基材料、磷酸锰铁锂材料中的一种或两种复合使用的方式来改善电池性能，降低电池成本。如公开号为CN113054157A的专利公开了一种锰酸锂与磷酸锰铁锂复合的正极片及锂离子电池的制备方法，来改善锰酸锂的循环性能，但是其采用的是固态电解质，目前产业条件下尚无法批量生产；公开号为CN113224277B的专利公开了一种由层状镍钴锰酸锂、层状富锰锂基材料、橄榄石结构铁锰锂和包覆了层状富锰锂基材料的尖晶石锰酸锂材料复合的正极片的制备方法，提升了电池的循环性能，与镍钴锰酸锂体系的三元电池相比较，降低了电池成本，提升了电池的安全性能。但是其采用的镍钴锰三元材料是中镍材料，镍含量不高于70％，对于提升电池能量密度效果并不大，且专利中并未公布循环测试的电流大小，无法确认该极片在正常使用条件下的循环改善效果。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺点，提供一种正极活性材料、正极片及其制备方法和锂离子电池。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0009]一种正极活性材料，包括下述组分：层状镍钴锰三元材料、尖晶石锰酸锂材料、层状富锂锰基材料以及橄榄石结构的磷酸锰铁锂材料，其中，
[0010]层状镍钴锰三元材料在正极活性材料中的质量百分含量为10％
‑
25％，
[0011]层状富锂锰基材料在正极活性材料中的质量百分含量为10％
‑
19％，
[0012]尖晶石锰酸锂材料在正极活性材料中的质量百分含量为30％
‑
51％，
[0013]橄榄石结构的磷酸锰铁锂材料在正极活性材料中的质量百分含量为10％
‑
50％。
[0014]作为优选的技术方案，正极活性材料，包括下述组分：层状镍钴锰三元材料、尖晶石锰酸锂材料、层状富锂锰基材料以及橄榄石结构的磷酸锰铁锂材料；其中，
[0015]层状镍钴锰三元材料在正极活性材料中的质量百分含量为20％，
[0016]层状富锂锰基材料在正极活性材料中的质量百分含量为19％，
[0017]尖晶石锰酸锂材料在正极活性材料中的质量百分含量为51％，
[0018]橄榄石结构的磷酸锰铁锂材料在正极活性材料中的质量百分含量为10％。
[0019]所述的层状镍钴锰三元材料是高镍单晶材料，其分子式为Li
1+x
Ni
y
Co
z
Mn1‑
y
‑
z
O2，其中﹣0.05≤x≤0.2，0.8≤y＜1，0＜z≤0.1。
[0020]优选地，所述的层状镍钴锰三元材料分子式为LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2。
[0021]层状镍钴锰三元材料的D50为3
‑
5μm，比表面积为0.8
‑
1.2m2/g。
[0022]尖晶石锰酸锂材料分子式为LiMn2O4，其为单晶或多晶材料，D50为9
‑
15μm，比表面积为0.3
‑
0.7m2/g。
[0023]所述层状富锂锰基材料为无钴材料，其结构式为(1
‑
a)
[0024]Li2MnO3·
aLiNi
0.5
Mn
0.5
O2，其中a＝0.2。
[0025]所述橄榄石结构的磷酸锰铁锂材料分子式为LiMn
b
Fe1‑
b
PO4，其中b＝0.6。
[0026]本专利技术还提供一种正极片，包括所述的正极活性材料。
[0027]本专利技术还提供一种所述正极片的制备方法，包括下述步骤：
[0028]1)将粘结剂加入溶剂中搅拌均匀，制备成6％
‑
8％的胶液；
[0029]2)将导电剂加入胶液搅拌均匀后，依次加入如上所述的正极活性材料，搅拌均匀；优选，依次加入尖晶石锰酸锂材料、层状富锂锰基材料、层状镍钴锰三元材料以及橄榄石结构的磷酸锰铁锂材料；
[0030]3)加NMP调整粘度和固含量，最终得到粘度在5000
‑
6000mPa
·
S的浆料，固含量为57％
‑
65％；
[0031]4)将步骤3)得到的浆料均匀涂布在铝集流体上并烘干，碾压分切后得到所述的正极片。
[0032]本专利技术还提供一种锂离子电池，包括所述的正极片。
[0033]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0034]本专利技术专利采用了高镍含量的单晶镍钴锰三元材料和磷酸锰铁锂材料与尖晶石锰酸锂材料，富锂锰材料进行复合，有效的改善了纯锰酸锂体系的循环性能。镍钴锰三元材料中，镍的比例在80％以上，克容量可以达到200mAh/g，且单晶结构具有更好的循环寿命，具有更高的能量密度和更长的使用寿命，但是添加量太多会影响安全性能，且成本较高。因此本专利技术专利用同时添加了磷酸锰铁锂材料，其锰铁比例为6:4，具有安全性高，成本低，低温性能好的优势，可以在保证电池循环性能的同时降低成本，提高安全性能。
[0035]本申请中的高镍三元材料可以更有效的提高容量，提升单体电池的能量密度。而本专利技术采用单晶的高镍三元材料，与二次颗粒的材料相比较，单晶材料结构更稳定，在提高比容量的同事，高温循环寿命更好，安全性更高。
[0036]锰酸锂材料具有三维隧道结构，倍率性能较好，且制备容易，成本很低，因此常作为低成本领域的优选材料。但是改材料存在的Mn溶出问题也导致了其循环寿命短，高温性能差本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极活性材料，其特征在于，包括下述组分：层状镍钴锰三元材料、尖晶石锰酸锂材料、层状富锂锰基材料以及橄榄石结构的磷酸锰铁锂材料；其中，层状镍钴锰三元材料在正极活性材料中的质量百分含量为10％
‑
25％，层状富锂锰基材料在正极活性材料中的质量百分含量为10％
‑
19％，尖晶石锰酸锂材料在正极活性材料中的质量百分含量为30％
‑
51％，橄榄石结构的磷酸锰铁锂材料在正极活性材料中的质量百分含量为10％
‑
50％。2.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，包括下述组分：层状镍钴锰三元材料、尖晶石锰酸锂材料、层状富锂锰基材料以及橄榄石结构的磷酸锰铁锂材料；其中，层状镍钴锰三元材料在正极活性材料中的质量百分含量为20％，层状富锂锰基材料在正极活性材料中的质量百分含量为19％，尖晶石锰酸锂材料在正极活性材料中的质量百分含量为51％，橄榄石结构的磷酸锰铁锂材料在正极活性材料中的质量百分含量为10％。3.根据权利要求1或2所述的正极活性材料，其特征在于，所述的层状镍钴锰三元材料是高镍单晶材料，其分子式为Li
1+x
Ni
y
Co
z
Mn1‑
y
‑
z
O2，其中﹣0.05≤x≤0.2，0.8≤y＜1，0＜z≤0.1；优选地，所述的层状镍钴锰三元材料分子式为LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2。4.根据权利要求1
‑
3之一所述的正极活性材料，其特征在于，层状镍钴锰三元材料的D50为3
‑
5μm，比表面积为0.8<...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦红莲，刁志中，武玉竹，陈冲，常子文，贺皓严，
申请(专利权)人：力神青岛新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：