[發(fā)明專利]鋰離子電池用三平臺混合正極材料及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910186470.0
• 申請日: 2009-11-10
• 公開（公告）號: CN101714629A
• 公開（公告）日: 2010-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐艷輝;鞠華;李德成;鄭軍偉;汝坤林
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/139
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 范晴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電機正極材料研究制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子電池用三平臺混合正極材料的設(shè)計及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池正極材料是一種具有宿主結(jié)構(gòu)的化合物，能夠在較大的組成范圍內(nèi)允許鋰離子可逆地脫出和嵌入。較為常見的正極材料是一些過渡金屬的氧化物，如LiCoO₂、LiNiO₂及LiMn₂O₄等。LiCoO₂已經(jīng)商品化，但其價格過高，毒性較大；LiNiO₂的合成比較困難；LiMn₂O₄則存在理論容量低、循環(huán)性能較差的缺點。因此，電池界在不斷地開發(fā)新型的正極材料。

含有聚陰離子，如SO₄^2-、PO₄^3-或AsO₄^3-的化合物目前受到了廣泛的關(guān)注，大有取代上述幾種氧化物材料之勢。尤其是橄欖石結(jié)構(gòu)的LiFePO4，因其具有得天獨厚的優(yōu)勢，如來源豐富、價格低廉、無毒等，成為鋰離子電池正極材料研究中的熱點。LiFePO₄的理論容量相對較高(170mA·h/g)，在全充電狀態(tài)下有良好的熱穩(wěn)定性、較小的吸濕性和優(yōu)良的充放電循環(huán)性能。改性后的該材料將有可能使鋰電池突破目前的存儲容量和電能極限，進而促進體積更小巧、更輕便，使用時間更長久的手機和筆記本電腦等產(chǎn)品的問世，成為電池行業(yè)的分水嶺。

目前使用的以LiCoO₂為主的鋰離子電池正極材料，其特點是放電平臺平穩(wěn)，生產(chǎn)技術(shù)成熟，循環(huán)性能好，可靠性高等。而正在開發(fā)的鋰離子電池下一代材料包括LiFePO₄，LiMnPO₄，LiCoPO₄，尖晶石結(jié)構(gòu)錳酸鋰，富鋰LiMnO₂-Li₂MnO₃-LiCoO₂層狀固溶體系列等，這些材料的特點是放電電壓平臺特別平穩(wěn)。平穩(wěn)的放電電壓平臺保證了電池容量在使用中可以充分被利用，然而造成電池的容量難以判斷。

目前商業(yè)化鋰離子電池的容量判斷常采用的辦法是配套電子控制線路，由控制電路記憶并判斷電池的荷電狀態(tài)。例如在微型電腦的鋰離子電池中廣泛采用該技術(shù)。如果是動力電池，例如電動車等設(shè)備，降低電池生產(chǎn)成本，簡化成品電池的電子控制電路十分有必要，由于控制電路的成本占電池總成本的15～20％，簡化控制電路才能使更多的客戶能夠接受。目前最簡便的判斷荷電狀態(tài)的辦法就是電池的電壓。對于客戶來說，能夠在某一荷電態(tài)時電池顯示電壓劇烈變化，并在此之后電池仍然能夠保證電動車運行一段距離(例如2公里)達到充電站，是十分重要的，也是方便的。此外，充電過程也是如此。例如，對于LiCoO₂來說，由于其充電電壓變化緩慢，因此，設(shè)定在4.2V的中止電壓常常導(dǎo)致不能充滿電。

現(xiàn)有技術(shù)中，目前使用的鋰離子電池正極材料包括LiCoO₂，尖晶石錳酸鋰等，一般均使用單一成份，即使是多元成分混合使用，這些成分的放電電壓平臺相差也不大；而且由于采用的正極材料放電電壓平坦，當(dāng)放電電壓出現(xiàn)明顯向下跳躍時，電池已經(jīng)沒有電量；充電時，由于受到LiCoO₂和尖晶石錳酸鋰充電機理的限制(即不是正極中所有的鋰都可以參與充電)，只能采取認(rèn)為控制充電截止電壓的辦法充電，這樣的優(yōu)點是保障了循環(huán)壽命，但是缺點是電池不能快速充電，否則很難充到額定容量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種鋰離子電池用三平臺混合正極材料，解決了現(xiàn)有技術(shù)中鋰離子電池容量難以判斷以及充電時難以充滿，放電出現(xiàn)突變時基本沒有電量而不能滿足電動車用戶的需求等問題。

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的這些問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

一種鋰離子電池用三平臺混合正極材料，其特征在于所述混合正極材料包括三種正極材料組分形成的多相混合物，且三種正極材料組分相對于有機溶劑中的金屬鋰的放電電壓平臺分別在3.0-3.7V、3.9-4.4V和4.5-5.1V范圍。