锂离子电池及其正极活性材料及正极活性材料的制备方法技术

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种。
技术介绍
近年来，随着手机、笔记本电脑、数码相机等消费电子产品和电池汽车、电动工具、储能装置等能源动力产品的发展，锂离子电池的市场空间越来越大。锂离子电池正极材料作为锂离子电池中最重要的部分之一，其使用量得到爆发性增长。用于消费电子产品的小型锂离子电池的正极材料主要包括钴酸锂和多元材料，而用于动力产品的动力电池正极材料主要为尖晶石型锰酸锂(LiMn2O4)、镍钴锰酸锂(LiNixCoyMnzO2)和磷酸铁锂(LiFePO4)。其中，尖晶石型Li2Mn2O4比容量较低，且高温下易出现Mn的溶解，循环性能较差；LiFeP04虽然被认为目前首选的正极材料，具有良好的安全性能和循环性能，但其比容量低、充电平台低、电芯能量密度难以提高，因此限制了其进一步的应用；而LiNixCoyMnzO2等系列锂过渡金属氧化物材料由于具有较高的比容量、较高的电压和较好的循环性能，成为目前动力电池正极材料研究的重点。在采用锂过渡金属氧化物作为正极活性材料、石墨为负极材料活性物质的非水锂离子二次电池中，充电电压可达到4.1-4.2V(以锂为基准，正极活性物质的电位为4.2-4.3V)。如果提高充电电压，则可以提高电池的容量及能量密度，但是在电压大于4.3V(以锂为基准)时，锂过渡金属氧化物的结构稳定性变差，极易导致非水电解质中溶剂的氧化分解，其循环性能变差，甚至会导致锂过渡金属氧化物产生释氧，从而导致安全问题。另外，锂过渡金属氧化物材料在过充、针刺等一系列滥用条件下容易出现热失控，从而产生安全问题，因此其安全性能一直制约在动力电池上的应用。US20120141873A1提供了 一种表面包覆LiMPO4和M3 (PO4) 2以改善锂过渡金属氧化物安全性能的方法，但橄榄石结构的LiMPO4电导率低，而且M3 (PO4) 2会降低整个正极活性材料的比容量。US2010247986A1提供了一种改善锂过渡金属氧化物性能的方法，通过在锂过渡金属氧化物表面复合金属氟化物和磷酸锂提高材料的稳定性。如果金属氟化物和磷酸锂的量太大，会降低整个正极活性材料的比容量；但如果金属氟化物和磷酸锂量太少，难以达到颗粒全部被包覆的效果。因此需要一种能改善锂过渡金属氧化物的稳定性而又不会降低正极活性材料比容量的包覆材料。
技术实现思路
鉴于
技术介绍
存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种，其能改善锂过渡金属氧化物的安全性能、高电压稳定性和循环性能但又不会明显降低整个正极活性材料的比容量和能量密度。为了实现上述目的，在本专利技术的第一方面，本专利技术提供了一种锂离子电池的正极活性材料，其包括:第一正极活性材料，通式为Li1+aNixMnyMz02，其中M为Co、Al、Mg、Zr、T1、Ca、V、Sr 中的至少一种，0 ^ a ^ 0.1, a+x+y+z=l, 0<x<0.8,0<y<0.6,0〈ζ〈0.6 ;以及第二正极活性材料，包覆在第一正极活性材料表面，具有NASICON结构，通式为LibV2_uM’u(P04) 3，其中 2〈b 彡 3，0 彡 u 彡 0.3，M，为 Fe、Mn、N1、T1、Al、Mg 中的至少一种。在本专利技术的第二方面，本专利技术还提供了一种锂离子电池正极活性材料的制备方法，其用于制备根据本专利技术第一方面所述的锂离子电池正极活性材料，包括步骤:采用溶胶凝胶法制备第二正极活性材料LibV2_uM’u(P04)3前驱体凝胶；将第一正极活性材料加入第二正极活性材料前驱体凝胶中，以使第二正极活性材料前驱体凝胶包覆第一正极活性材料；将第二正极活性材料前驱体凝胶包覆的第一正极活性材料干燥；将第二正极活性材料前驱体凝胶包覆的第一正极活性材料在保护气氛下煅烧。在本专利技术的第三方面，本专利技术提供了一种锂离子电池，其包括:正极片；负极片；隔膜，设置于正负极片之间；以及电解液；其中，所述正极片的正极活性材料为根据本专利技术第一方面所述的锂离子电池正极活性材料。本专利技术的有益效果如下:采用第二正极活性材料LibV2_uM’ U(P04) 3包覆第一正极活性材料锂过渡金属氧化物可改善锂离子电池正极材料中的锂过渡金属氧化物的安全性能、高电压稳定性和循环性能，且不会明显降低整个正极活性材料的比容量和能量密度。另外，采用第二正极活性材料LibV2_uM’ U(P04) 3包覆第一正极活性材料锂过渡金属氧化物可通过控制电压防止锂过渡金属氧化物过充，有效地抑制过充时锂过渡金属氧化物的结构坍塌，从而提高安全性能。`附图说明图1为本专利技术的锂离子电池正极活性材料的制备方法的示意图。具体实施例方式下面详细说明根据本专利技术的以及实施例。首先说明根据本专利技术第一方面的锂离子电池正极活性材料。根据本专利技术第一方面的锂离子电池正极活性材料，包括:第一正极活性材料，通式为 Li1+aNixMnyMz02，其中 M 为 Co、Al、Mg、Zr、T1、Ca、V、Sr 中的至少一种，O 彡 a 彡 0.1，a+x+y+z=l,0<x<0.8,0<y<0.6,0<z<0.6 ;以及第二正极活性材料，包覆在第一正极活性材料表面，具有NASICON结构，通式为LibV2JTu(PO4)3，其中2〈b彡3，0彡u彡0.3，M’为Fe、Mn、N1、T1、Al、Mg中的至少一种ο在根据本专利技术第一方面的锂离子电池正极活性材料中，第二正极活性材料因具有NASICON结构，其具有很好的热稳定性、较好的离子电导率、工作电位高、比容量高等优点。采用第二正极活性材料LibV2_uM’ U(P04)3包覆第一正极活性材料锂过渡金属氧化物，既能提高锂过渡金属氧化物的热稳定性，又不会降低材料的比容量和能量密度。在锂离子电池中，表面包覆第二正极活性材料LibV2_uM’ U(P04)3可以减小第一正极活性材料与非水电解液的副反应，从而改善高温储存和循环性能。在根据本专利技术第一方面的锂离子电池正极活性材料中，如果第二正极活性材料的量太小，难以达到将第一正极活性材料包覆的效果；如果第二正极活性材料的量太大，能够将第一正极活性材料很好的包覆，但是会造成整个活性材料充放电性能降低。优选地，第二正极活性材料占整个正极活性材料的摩尔数为0.5°/Γ20%，优选为5°/Γ Ο%。在根据本专利技术第一方面的锂离子电池正极活性材料中，如果第一正极活性材料的粒径太大，则充放电性能会降低；如果第一正极活性材料的粒径太小，则其与非水电解液的反应活性会提高，从而副反应会加剧，造成高温和循环性能变差。优选地，第一正极活性材料的体积平均粒径为5 μ πΓ 6 μ m,优选为8 μ πΓ 2 μ m。在根据本专利技术第一方面的锂离子电池正极活性材料中，当第二正极活性材料的粒径太大，难以在第一正极活性材料表面形成均匀的包覆层；当第二正极活性材料的粒径太小，则在第一正极活性材料表面形成的包覆层过于致密，导致第一正极活性材料的电性能降低。优选地，第二正极活性材料的体积平均粒径为0.1 μ πΓ2 μ m,优选为0.2 μ πΓ μ m。在根据本专利技术第一方面的锂离子电池正极活性材料中，由于第二正极活性材料LibV2_uM’ u(PO4)3在4.2-4.6V(以锂为基准)的电位范围内没有充电平台，充本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池正极活性材料，其特征在于，所述锂离子电池正极活性材料包括：第一正极活性材料，通式为Li1+aNixMnyMzO2，其中M为Co、Al、Mg、Zr、Ti、Ca、V、Sr中的至少一种，0≤a≤0.1，a+x+y+z=1，0

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极活性材料，其特征在于，所述锂离子电池正极活性材料包括: 第一正极活性材料，通式为Li1+aNixMnyMz02，其中M为Co、Al、Mg、Zr、T1、Ca、V、Sr中的至少一种，O ^ a ^ 0.1, a+x+y+z=l, 0<x<0.8,0<y<0.6,0〈ζ〈0.6 ；以及 第二正极活性材料，包覆在第一正极活性材料表面，具有NASICON结构，通式为LiU u(PO4)3,其中 2〈b 彡 3，0 彡 u 彡 0.3，M，为 Fe、Mn、N1、T1、Al、Mg 中的至少一种。2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极活性材料，其特征在于，第二正极活性材料占整个正极活性材料的摩尔数为0.5°/Γ20%，优选为5°/Γ Ο%。3.根据权利要求1所述的锂离子电池正极活性材料，其特征在于，第一正极活性材料的体积平均粒径为5 μ πΓ 6 μ m,优选为8 μ πΓ 2 μ m。4.根据权利要求1所述的锂离子电池正极活性材料，其特征在于，第二正极活性材料的体积平均粒径为0.1 μ πΓ2 μ m,优选为0.2 μ πΓ μ m。5.根据权利要求1所述的锂离子电池正极活性材料，其特征在于，所述锂离子电池正极活性材料制备锂离子电池时锂离子电池的充电电压为4.Γ4.5V。6.一种锂离子电池正极活性材料的制备方法，其制备根据权利要求1-5中任一项所述的锂离子电池正极活性材料，包括以下步骤: 采用溶胶凝胶法制备第二正极活性材料LibV2...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾邓均，
申请(专利权)人：宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：