本发明专利技术提供了一种适用于高充电截止电压条件下的锂离子电池正极材料，所述正极材料由LiCoO2和Li(NixCoyMn1-x-y)O2两种活性物质组成，其中，0.3≤x≤0.8，0.1≤y≤0.4，0.6≤x+y≤0.9；所述LiCoO2和Li(NixCoyMn1-x-y)O2均经元素M体相掺杂和氧化物M’Ox表面包覆处理，其中，M为Mg、Ti、Al、Zr、B、La、Ce、Y中的至少一种；M’为Al、Ti、Mg、Zr、B2、Si、Fe中的至少一种；使用所述的高电压正极材料能显著提高锂离子电池的能量密度，且具有优异的循环性能，较低的高温鼓胀等优点。此外，本发明专利技术还公开了一种包含该正极材料的锂离子电池。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池
，尤其涉及一种适用于高充电截止电压条件下的锂离子电池正极材料及其制备的高能量密度锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池由于具有能量密度高、循环性能好、工作电压高、无记忆效应等优点， 成为应用最为广范的二次电池之一。随着电子技术的飞速发展，人们对锂离子电池提出了更高的能量密度及更长的循环性能等要求。因此，开发高性能的正极材料对于锂离子电池的发展显得尤为重要。在目前商品化的锂离子电池正极材料中，应用最广泛、最为成熟的正极材料为钴酸锂(LiCoO2)。虽然LiCoA的理论克容量为275mAh/g，但其在4. 2V工作截止电压下的可逆克容量仅为140mAh/g左右，相对较低。提高LiCoO2的充电截止电压(即高于4.2V)，容易使其发生结构破坏，热稳定性变差，导致电池的循环性能变差，并带来很大的安全隐患。 此外，LiCoO2中的钴属于稀有金属，资源紧缺，因而成本较高，而且其对环境有破坏作用。因此，寻找低成本、高能量密度、安全性好的非钴或低钴正极材料成为锂电正极材料的一个发展方向。近来，镍钴锰系三元材料Li (NixCoyMn1H) O2 (0. 3 ^ χ ^ 0. 8,0. 1 ^ y ^ 0. 4)得到迅速发展，此三元正极材料成本较低，安全性能好，且在容量发挥上已经超过LiCoO2,实际容量可高达180 190mAh/g。但是，此类三元材料的压实密度较低，仅为3. 6g/cm3，且其放电电压相对较低，导致难以满足实际应用的需求。此外，三元材料的高克容量主要是通过镍含量的增加来获得的，镍含量增加会导致材料的热稳定性较低，导致高温下电解液的分解， 并产生大量气体，从而带来严重的安全隐患。因此，使用单一的镍钴锰三元材料难以满足市场对高性能正极材料的需求。将镍钴锰系三元材料与钴酸锂正极材料混合使用，可以结合两者的优点，以达到降低材料成本，改善电池的电化学性能与安全性能的目的。但是，将两种材料简单的机械混合在一起，并不能获得另人满意的电池性能，且不能改善电池的高温存储性能。有鉴于此，确有必要提供一种适用于高充电截止电压条件下的锂离子电池正极材料，以改善锂离子电池的电化学性能、安全性能以及高温存储性能等，以及包含所述正极材料的锂离子电池。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于针对现有技术的不足，而提供一种适用于高充电截止电压条件下的锂离子电池正极材料。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术一种锂离子电池正极材料，所述正极材料由LiCoA和Li (NixCoyMni_x_y) O2两种活性物质组成，其中，0. 3 ^ χ ^ 0. 8,0. 1 ^ y ^ 0. 4,0. 6 ^ x+y ^ 0. 9 ； 所述LiCoA经元素M体相掺杂和氧化物MOx表面包覆处理，所述Li (NixCoyMnlTy) O2经元素M体相掺杂和氧化物MOx表面包覆处理，其中，M为Mg、Ti、Al、Zr、B、La、Ce、Y中的至少一种；在所述正极材料的XRD衍射图谱中，Li (NixCoyMn1^y) O2 (003)晶面的衍射角2 θ 为18.55° 18.85°，LiCoO2 (003)晶面的衍射角2 θ 2为18. 85° 19.00°，两者的差值 Δ θ i 为 0. 20 ° 0. 30 ° ；Li (NixCoyMni_x_y) O2 (104)晶面的衍射角 2 θ 3 为 44. 30 ° 44.50°，LiCoO2(KM)晶面的衍射角2 04为45. 10° 45. 30 °，两者的差值八02为 0. 65° 0. 85° ；在所述正极材料的XRD衍射图谱中，Li (NixCoyMn1^y)O2的(00 晶面衍射峰强度 I003与(104)晶面衍射峰强度I104的比值WI104为1. 10 1. 40 ；LiCoO2的(003)晶面衍射峰强度I003与(104)晶面衍射峰强度I104的比值WI104为1. 20 1. 50 ；所述正极材料的比表面积(BET)为0. 20 0. 50m2/g ；所述正极材料的充电截止电压为4. 2V 4. 6V。LiCoO2材料的电化学性能相对较为稳定，循环性能好，电压平台较高，与电解液的相容性好，压实密度高；但是其克容量仅为140mAh/g，成本高，且在高于4. 2V充电截止电压下其结构易发生破坏，热稳定性变差。虽然镍钴锰系三元材料Li (NixCoyMni_x_y)02成本低，实际容量可高达180 190mAh/g ；但其压实密度较低，高温下与电解液相容性较差。通过将镍钴锰系三元材料与钴酸锂正极材料混合使用，可以结合两者的优点，以达到降低材料成本， 改善电池的电化学性能与安全性能的目的。此外，通过有效的手段将少量特定元素或其氧化物均勻地掺杂进入正极材料体相内或沉积在正极材料表面，可以有效的改善材料的结构稳定性，阻止电解液在正极材料表面发生副反应，从而改善锂离子电池的高温存储性能与安全性能，同时，材料的可逆容量并未发生明显衰减，并使此正极材料能适用于高充电截止电压条件，获得电池容量的显著提升。对于Li(NixCoyMni_x_y)02三元体系正极活性材料，其是由不同的过渡金属元素所组成，由于合成工艺与条件的差异，会导致各过渡金属元素在晶体中的分布并不完全均勻，从而严重影响其电化学性能。而(003)晶面衍射峰表示正极活性物质的层状结构堆积的程度，(104)晶面衍射峰表示正极活性物质中的过渡金属元素在层状结构中的分布，(003)晶面衍射峰强度Itltl3与(104)晶面衍射峰强度Iltl4的比值Icici3Altl4表示该正极活性物质中的过渡金属元素在整个活性物质晶体中分布的均勻程度。为了保证此正极活性材料的反应活性，故对2 θ角的位置及Icici3Aici4的值做出如上所述的限制。本专利技术所提供的复合正极材料，其比表面积(BET)为0. 20 0. 50m2/g。过大的表面积将加剧电解液在正极材料表面的反应，从而恶化电池的电化学性能；太小的表面积将导致较大的颗粒粒径，从而影响锂离子在正极材料中可逆脱嵌的动力学行为。作为本专利技术锂离子电池正极材料的一种改进，所述Li (NixC0yMrvx_y) O2中， 0. 3 ^ χ ^ 0. 5,0. 2 ^ y ^ 0. 35,0. 65 ^ x+y ^ 0. 7，以进一步获得结构稳定、且具有较高容量的正极材料。作为本专利技术锂离子电池正极材料的一种改进，所述正极材料中LiCoA所占的质量百分数为40% 80%，优选为50% 60%，以保证其容量、电化学性能与结构稳定性。作为本专利技术锂离子电池正极材料的一种改进，所述掺杂元素M占整体材料的质量百分数为0. 02 0. 6% ；所述包覆氧化物MOx占整体材料的质量百分数为0. 05 1%，从而确保材料在更高电压(大于4. 2V)下的结构稳定性与电化学性能，且材料的可逆容量并未发生明显衰减。作为本专利技术锂离子电池正极材料的一种改进，所述29工为18.65° 18. 75°， 2 θ 2 为 18. 90° 18. 95°，Δ θ i 为 0. 23° 0. 27° ；所述 2 θ 3 为 44. 40° 44. 45°， 2 94为 45.20° 45. 25°，Δ θ 本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：华斌，柳娜，许瑞，徐磊敏，庞佩佩，
申请(专利权)人：东莞新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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