一种锂离子动力电池混合正极材料制造技术

本发明专利技术属于锂离子动力电池技术领域，尤其涉及一种高容锂离子动力电池混合正极材料，其为磷酸铁锂A与锂镍钴锰系三元活性物质B的混合材料，A的表面包覆有聚吡咯层，A的中值粒径小于等于15μm，B的单晶粒子的粒径大于等于1.0μm，并且B的表面包覆有金属氟化物层。相对于现有技术，本发明专利技术通过将三元材料的单晶颗粒的粒径与磷酸铁锂的中值粒径进行合理优化后，有效地改善了三元材料带来的压实密度较低的缺点，使得混合后的正极材料具有较高的压实密度。通过在磷酸铁锂的表面包覆聚吡咯层，并在三元材料的表面包覆金属氟化物层，可以提高使用本发明专利技术作为正极材料的锂离子动力电池的安全性能，倍率性能，高温循环性能，低温性能和安全性能。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子动力电池混合正极材料
本专利技术属于锂离子动力电池
，尤其涉及一种高容量、安全性好的锂离子动力电池混合正极材料。
技术介绍
随着锂离子动力电池的发展，人们对其锂离子电池的续航能力、使用寿命、安全性能以及价格等的要求越来越高。正极材料是制约锂离子动力电池性价比的关键性材料之一，改善正极材料的容量和安全性是提升锂离子动力电池续航能力的两个主要方面。磷酸铁锂已经广泛应用于动力电池领域，其具有高安全性和高循环寿命等优点。但是，磷酸铁锂也存在着明显的缺点，例如导电性差、锂离子扩散速度慢；高倍率充放电时，实际比容量低。此外，磷酸铁锂振实密度较低，一般只能达到0.8-1.3 ;而且使用其制备的动力电池的低温性能差。一般情况下，对于单只电芯而言，其0°C时的容量保持率约为60-70%, -10°C时为40-55%，-20°C时则只有20_40%。这样的低温性能显然不能满足动力电源的使用需求。 锂镍钴锰系三元材料则具有如下优点:4.2V下，实际可逆比容量可高达148~190mAh/g ;镍资源相对丰富、价格低廉、且对环境无污染。因此，近年来三元材料倍受关注，但该材料同时也存在一定的缺陷:其实际压实密度仅为3.6g/cm3、放电电压平台较低和具有较强的吸水性；尤为值得关注的是:结构中Li+和Ni2+容易发生混排，导致活性氧脱出的同时使得高价镍离子容易催化电解液的分解，使由三元材料制成的锂离子电池在高温存储时产生大量的气体，恶化电池性能，尤其对于采用铝塑复合薄膜作为外包装的锂离子电池，外壳比较柔软，气体的产生将导致电池的急剧膨胀变形，带来严重的安全隐患，从而限制其使用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于:针对现有技术的不足，而提供一种由磷酸铁锂A与锂镍钴锰系三元活性物质B混合而成的锂离子动力电池混合正极材料，该混合正极材料具有高容量、高安全性、良好的温度特性、循环性能和倍率性能的优点。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案: 一种锂离子动力电池混合正极材料，所述正极材料为磷酸铁锂A与锂镍钴锰系三元活性物质B的混合材料，所述锂镍钴锰系三元活性物质B的表达式为LixNiaCobM (1_a_b)02，其中0.5 ^ X ^ 1.2; 0.33 ^ a ^ 1.0; O ≤ b ≤ 0.67 ;M 为 Al、Mn、Mg 和 Ba 中的至少一种；所述磷酸铁锂A的表面包覆有聚吡咯层，所述磷酸铁锂A的中值粒径D50小于或等于15 μ m，所述锂镍钴锰系三元活性物质B的单晶粒子的粒径大于或等于1.0 μ m，并且所述锂镍钴锰系三元活性物质B的表面包覆有金属氟化物层；所述锂镍钴锰系三元活性物质B和所述磷酸铁锂A的质量比B/A介于0.2^1.0之间。增大三元材料的单晶粒子的粒径(> 1.0 μ m)能够有效地改善三元材料的压实密度，以及增强抗压性，同时与中值粒径D50较小15μm)的磷酸铁锂混合后，通过大小球搭配，有效地利用了颗粒与颗粒之间的空隙，从而使得压实密度增大。表面包覆是目前用于改善正极材料在高电压下循环性能的有效手段之一，通过在磷酸铁锂表面包覆聚吡咯层这种具有良好导电性的导电高分子材料，可以大大提高磷酸铁锂的导电性，提高锂离子的扩散速度，进而改善磷酸铁锂的循环性能和倍率性能。此外，由于聚吡咯层具有高的电化学活性，因此可以提高磷酸铁锂的容量。本专利技术还通过在锂镍钴锰系三元材料的表面包覆可以在HF中稳定的金属氟化物层，从而可以抵挡HF对三元材料的侵蚀，减少金属离子的溶解，提高三元材料的长期循环性能，倍率性能以及热稳定性。磷酸铁锂A与锂镍钴锰系三元活性物质B的配合使得使用本专利技术的混合材料的动力电池具有以下优点: 一是工作电压范围为2.75-4.2V，与三元材料的工作电压范围一致，但明显优于磷酸铁锂电池的工作电压范围；电池的放电电压平台可以达到3.5V，低于三元材料的3.7V，但是明显优于磷酸铁锂的3.3V ； 二是采用本专利技术作为正极材料的锂离子动力电池不仅保持了磷酸铁锂电池的良好的高温循环性能，而且保持了三元材料的良好的低温性能，对于单只电芯而言，其0°C时的容量保持率达90%以上，-10°C时达到80%，-20°C时则达到60%以上； 三是采用本专利技术作为正极材料的锂离子动力电池具有良好的安全性能和倍率性能，并且具有较高的压实密度。作为本专利技术锂离子动力电池混合正极材料的一种改进，所述聚吡咯层的厚度为0.1-5 μ m。若包覆层太薄，则对提高磷酸铁锂的导电性能的作用不大；而若包覆层太厚，又会减少活性物质的含量，会降低电池的能量密度。作为本专利技术锂离子动力电池混合正极材料的一种改进，所述聚吡咯层的厚度为0.5-3 μ m.作为本专利技术锂离子动力电池混合正极材料的一种改进，所述聚吡咯层的厚度为1 μ m.作为本专利技术锂离子动力电池混合正极材料的一种改进，所述金属氟化物层为LiF或A1F3。其中优选为LiF，因为其与三元材料之间的融合性较好。作为本专利技术锂离子动力电池混合正极材料的一种改进，所述金属氟化物层的厚度为0.1-5 μ Hi0若包覆层太薄，则不足以抑制电解液与正极活性物质之间的副反应；若包覆层太厚，则大大降低了正极活性物质的可逆容量及放电电压平台，从而降低了电池的能量密度。作为本专利技术锂离子动力电池混合正极材料的一种改进，所述金属氟化物层的厚度为 0.5-3 μ m。作为本专利技术锂离子动力电池混合正极材料的一种改进，所述金属氟化物层的厚度为 1 μ m。作为本专利技术锂离子动力电池混合正极材料的一种改进，所述磷酸铁锂A的中值粒径D50介于8μm-15μm之间。作为本专利技术锂离子动力电池混合正极材料的一种改进，所述锂镍钴锰系三元活性物质B的单晶粒子的粒径介于1.0 μ m5.0 μ m之间。当三元材料的单晶粒子的粒径大于5.Ομπι时，将大大降低材料的克容量，因此优选三元材料的单晶粒子的粒径为1.0?5.0 μ mD相对于现有技术，本专利技术至少具有以下优点:I)通过将三元材料的单晶颗粒的粒径与磷酸铁锂的中值粒径进行合理优化后，有效地改善了三元材料带来的压实密度较低的缺点，使得混合后的正极材料具有较高的压实密度。2)通过在磷酸铁锂的表面包覆聚吡咯层，并在三元材料的表面包覆金属氟化物层，可以提高使用本专利技术作为正极材料的锂离子动力电池的安全性能，倍率性能，高温循环性能，低温性能和安全性能。【具体实施方式】本专利技术提供的锂离子动力电池采用金属铝壳作为电池壳体，正负极极片组合电解液密封在电池壳体内，正负极极片采用卷绕或者叠片的方式将隔离膜包裹在正负极极片中间。所述正极极片包括正极集流体和导电材料、粘结剂以及本专利技术的由磷酸铁锂A与锂镍钴锰系三元活性物质B组成的混合材料。其中导电材料和粘结剂的含量为O?6wt.%，优选1%?4wt.%。所述负极极片包括负极集流体和涂覆在该负极集流体上的负极材料层。本专利技术对负极材料层没有特别的限制，通常包括负极活性物质、粘结剂以及导电剂，其中负极活性物质可以采用碳素材料(如天然石墨、人造石墨、焦炭、活性炭、碳纤维、碳纳米材料)、氮化物、硅及硅化物、锡基氧化物及锡化物、钛酸锂、合金材料。粘结剂可以选择常规的负极粘结齐U，包括聚乙烯醇、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶(SBR)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子动力电池混合正极材料，所述正极材料为磷酸铁锂A与锂镍钴锰系三元活性物质B的混合材料，所述锂镍钴锰系三元活性物质B的表达式为LixNiaCobM?(1?a?b)O2，其中0.5≤x≤1.2;?0.33≤a≤1.0;?0≤b≤0.67；M为Al、Mn、Mg和Ba中的至少一种；其特征在于：所述磷酸铁锂A的表面包覆有聚吡咯层，所述磷酸铁锂A的中值粒径D50小于或等于15μm，所述锂镍钴锰系三元活性物质B的单晶粒子的粒径大于或等于1.0μm，并且所述锂镍钴锰系三元活性物质B的表面包覆有金属氟化物层；所述锂镍钴锰系三元活性物质B和所述磷酸铁锂A的质量比B/A介于0.2~1.0之间。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子动力电池混合正极材料，所述正极材料为磷酸铁锂A与锂镍钴锰系三元活性物质B的混合材料，所述锂镍钴锰系三元活性物质B的表达式为LixNiaCobM (1^)02，其中0.5 ≤X≤ 1.2; 0.33 ^ a ^ 1.0; O ≤ b ≤ 0.67 ;M 为 Al、Mn、Mg 和 Ba 中的至少一种；其特征在于:所述磷酸铁锂A的表面包覆有聚吡咯层，所述磷酸铁锂A的中值粒径D50小于或等于15 μ m,所述锂镍钴猛系三元活性物质B的单晶粒子的粒径大于或等于1.0 μ m,并且所述锂镍钴锰系三元活性物质B的表面包覆有金属氟化物层；所述锂镍钴锰系三元活性物质B和所述磷酸铁锂A的质量比B/A介于0.2^1.0之间。2.根据权利要求1所述的锂离子动力电池混合正极材料，其特征在于:所述聚吡咯层的厚度为0.1-5 μ m。3.根据权利要求2所述的锂离子动力电池混合正极材料，其特征在于:所述聚吡咯层...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘铁建，
申请(专利权)人：刘铁建，
类型：发明
国别省市：