锂离子电池正极材料及锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供了一种高温性能稳定的锂离子电池用正极材料，该材料中镍的含量占２３％以上，该材料的微观颗粒形貌从ＳＥＭ图上看为一次颗粒团聚成二次类球形，同过控制形成二次类球形的一次颗粒的尺寸大小可以得到高温性能稳定的锂离子电池用正极材料。本发明专利技术还提供了一种使用该材料的锂离子电池，该锂离子电池具有体积比能量高、高温性能好的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池用正极材料以及使用该正极材料制成的锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池自1991年被商品化以来，其所用的正极材料也在不断改进。最早用于锂离子电池的正极材料主要是钴酸锂，其主要缺点是价格高，容量低于镍钴酸锂。为此开发了一些新型的正极材料主要有以下几种锰酸锂、镍钴锰酸锂、和镍钴酸锂。其性能和钴酸锂比较如下1、克容量尖晶石锰酸锂100毫安时左右，钴酸锂在140毫安时左右，三元材料140毫安时左右、镍钴酸锂在180毫安时左右。克容量越高，其重量能量密度越高。2、压实密度锰酸锂在3. 0克每立方厘米左右，三元材料在3. 4克每立方厘米左右，钴酸锂3. 8 克每立方厘米左右。压实密度越高，其体积能量密度越大。3、价格锰酸锂最低，三元材料和镍钴酸锂比钴酸锂低，钴酸锂价格最高。就以上指标来说，含有镍的正极材料具有价格低，容量高，性价比高的特点。但是在实际应用过程中却发现含镍过多的材料却存在应用性能较差的问题。具体表现在对于环境要求过于严格，增加了生产成本，同时应用镍含量高的材料做出来的锂离子电池的60度以上环境中的储存性能差，膨胀率高，难以达到锂离子电池的实际应用要求。为此，要让含镍量高的正极材料在能够实际应用，就必须解决其高温储存性能差对应用环境要求高的问题。由此，需要进行更多的研究以解决上述问题，开发出一种价格低，容量和平台高， 压实密度高的正极材料来满足锂离子电池发展的要求。
技术实现思路
针对含镍锂离子电池用正极材料应用性能差，在高温环境下产气量大，膨胀率高的问题。本专利技术人做了大量的研究，经过很多次试验的摸索，本专利技术人出人意料的发现通过控制含镍的锂离子电池用正极材料颗粒大小可以提供出一种具有较高的比容量，较低的生产成本和较好的高温性能的锂离子电池用正极材料。本专利技术人发现当对于含镍锂离子电池用正极材料来说，当镍含量在24%以上的时候，其颗粒度的中位径大于2微米，并且从电镜图上分析其形成其颗粒形貌不是小颗粒团聚成的二次球类型而为单晶颗粒的时候.该正极材料具有良好的高温储存性能。通过大量的研究和试验，本专利技术人发现当含镍正极材料中形成二次颗粒的一次颗粒中单个颗粒大小在ι微米以上的占总的单个颗粒的比例低于20%的时候，该正极材料在60度以上的高温环境下，膨胀率高，储存性能差。用该正极材料所做出来的电池在60度以上高温储存时就会发生严重的膨胀。高温储存性能差。由此通过控制含镍材料的颗粒度可以得到高温性能比较稳定、容量比较高、 成本比较低的锂离子电池用正极材料。目前的锂离子电池所用的正极材料，三元材料压实密度低，平台低。含镍材料在高温环境下产气量大，膨胀率高，平台低和压实密度低。钴酸锂价格太高。单靠这些材料满足不了日益增长的锂离子电池 的需求。与前述现有技术相比，本专利技术人发现对于镍含量高于23%以上的正极材料，其颗粒度的中位径大于6微米，并且从电镜图上分析其形成二次类球形颗粒的一次颗粒中单个颗粒大小在1微米以上的占总的单个颗粒的比例在20%以上的时候，该正极材料具有良好的高温储存性能。在本专利技术中，提供一种锂离子二次电池用正极材料，该正极材料是镍含量在23以上的正极材料。该材料的主要特征是其颗粒度的中位径大于6微米，并且从电镜图上分析其形成二次类球形颗粒的一次颗粒中单个颗粒大小在1微米以上的占总的单个颗粒的比例在20%以上的时候，该正极材料具有良好的高温储存性能。同时本专利技术还提供了一种锂离子电池，该锂离子电池所使用的正极材料为本专利技术所提供的材料，其例如包括以下部分电极、电解质、隔膜、容器。其中电极包括正极和负极， 正极包括正极集流器和涂覆在正极集流器上的正极活性物质；负极包括负极集流器和涂覆在负极集流器上的负极活性物质层；隔膜可以是单纯的固体绝缘层也可以是具有导电性能的固状物；容器是正极、负极、隔膜、电解质的包容体。实施本专利技术具体方式以下以非限制方式更具体地介绍适用于本专利技术方法的二次锂离子电池盖板及带有该盖板的二次锂离子电池。本专利技术中的正极材料是指至少镍含量在24%以上，该材料的主要特征是其颗粒度的中位径大于6微米，并且从电镜图上分析其形成二次类球形颗粒的一次颗粒中单个颗粒大小在1微米以上的占总的单个颗粒的比例在20%以上。本专利技术中正极材料的制备可以例如以下方法。可以将含有镍的前驱体和碳酸锂混合850度烧结24小时，之后用研钵粉碎。用所制备出来的正极材料做为活性物质制作出以下锂离子电池。二次锂离子电池的一般结构包括正极、负极、非水电解质和将正极与负极相互隔开的隔膜。非水电解质通过将含锂的金属锂盐例如LiPF6作为电解质溶解在例如碳酸亚乙酯或碳酸二甲酯的非水溶剂中而得到。隔膜在上述非水溶剂中不溶解，并且是由例如聚乙烯或聚丙烯树脂制成的多孔膜。也可以是由非水电解质溶液增塑聚合材料得到的含有凝胶电解质类型的固体电解质。正极正极制备可例如采用通过将正极活性材料、导电剂和粘合剂在适当溶剂中混合均勻而制成的浆料涂布在集流体例如铝箔上，接着干燥并压制成极片。本专利技术中电池正极活性物质为至少镍含量在24%以上的该材料的主要特征是其颗粒度的中位径大于6微米，并且从电镜图上分析其形成二次类球形颗粒的一次颗粒中单个颗粒大小在1微米以上的占总的单个颗粒的比例在20%以上的时候，。此外，本专利技术可使用公知的导电剂和粘合剂。正极活性材料中各组分的混合比例可使用公知的比例范围。隔膜本专利技术所用的隔膜可以是公知的隔膜，例如可以是由合成树脂的无纺布、聚乙烯多孔膜或聚丙烯多孔膜以及由此类材料复合而成的材料制成的类型。负极负极制备可例如采用通过将负极活性材料、导电剂和粘合剂在适当溶剂中混合搅拌而制成的浆料涂布在集流体例如铜箔上，接着干燥并压制成极片。本专利技术中电池负极活性物质为锂离子能在其中嵌入和脱出的碳系和非碳系的物质，包括，例如，锂合金(例如，Li4Ti5O12)、金属氧化物(例如非晶态锡氧化物、WO2和MoO2)、 TiS2以及能嵌入和脱出锂离子的碳系物。特别希望使用碳系物充当负极活性材料。本专利技术所用的碳系物包括，例如，石墨、无取向性石墨、焦炭、碳纤维、球形碳、树脂烧结碳和气相生长碳，纳米碳管。因为包含如上所述的特定碳纤维或球形碳的负极表现出高充电效率，特别希望使用中间相浙青基碳纤维或中间相浙青基球形碳充当碳素物。中间相浙青基碳纤维和中间相浙青基球形碳可采用公知的方法获得。非水电解质可采用公知的类型和材料，并未特别限定，非水电解质，例如可以使用，在非水溶剂中溶解电解质而制成的液体非水电解质、将聚合物、非水溶剂和溶解物复合而制成的胶体非水电解质、聚合物固体非水电解质等等。电池的结构可以是通过卷绕或叠片的方式来形成，可以制成例如柱状、方形等形状。容器二次锂离子电池的容器也就是二次锂离子电池的电池盖采用本专利技术所述的带有绝缘层和极耳引出孔的电池盖。电池壳采用普通的金属壳。对电池的充放电操作采用本领域公知的方式进行。实施例下面将根据具体的试验结果详细叙述本专利技术。将含有镍的前驱体和碳酸锂混合在空气气氛下850度烧结24小时，之后用研钵粉碎，制成正极用活性物质。采用铜箔作为负极的集流体，铝箔作为正极的集流体，用所烧结出的钴酸锂作为正极活性物质用，负极活性物质用MCMB。电池型号为方型633770。将钴酸锂与5%的粘合剂PVDF和4%的导电碳黑混合本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种锂离子电池用正极材料，该材料中含有镍钴锰三种元素，而镍元素的含量在２３％以上，该材料的微观颗粒形貌从ＳＥＭ图上看为一次颗粒团聚成二次类球形，该材料的特征在于组成二次类球形的一次颗粒中，从ＳＥＭ图看到尺寸在１微米以上的１次颗粒占总的一次颗粒的比例在１５％以上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘立健，
申请(专利权)人：山东沃特森新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：37