[發明專利]一種鋰離子電池及其正極材料

有效

• 申請號: 201110375723.6
• 申請日: 2011-11-23
• 公開（公告）號: CN102394295A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發明（設計）人: 龐佩佩;徐磊敏;譚欣欣;柳娜;許瑞
• 申請（專利權）人: 東莞新能源科技有限公司;寧德新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M4/505;H01M10/0525
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 曹玉平

1.一種鋰離子電池正極材料，該正極材料具有核殼結構，該核殼結構由核層材料和殼層材料構成，核層材料為鈷酸鋰、三元材料、富鋰錳基材料的至少一種，其特征在于，所述的殼層材料為尖晶石鎳錳酸鋰，其厚度為0.01～2μm，殼層材料占被殼層材料包覆的核層材料的質量百分數為0.1～10％。

2.根據權利要求1所述的鋰離子電池正極材料，其特征在于：所述的鈷酸鋰的通式為Li_1+xCo_1-yA_yO₂，其中0≤x＜0.1，0≤y＜0.1，A為Mn、Al、Mg、Ti、Zr、Ca、Fe的至少一種元素。

3.根據權利要求1所述的鋰離子電池正極材料，其特征在于：所述的三元材料的通式為Li_1+nNi_xCo_yM_1-x-yO₂，其中M為Mn、Al、Mg、Ti、Zr、Ca、Fe或稀土元素的至少一種，且0≤n＜0.1，0.3≤x＜1，0.1≤y＜1，0＜x+y＜1。

4.根據權利要求1所述的鋰離子電池正極材料，其特征在于：所述的富鋰錳基材料的通式為nLi₂MnO₃·(1-n)LiMO₂，其中0＜n＜1，LiMnO₂為LiCo_xNi_yMn_zO₂，0＜x＜1，0＜y＜1，0＜z＜1且x+y+z＝1。

5.根據權利要求1所述的鋰離子電池正極材料，其特征在于：所述的核層材料進一步包括鈷酸鋰與三元材料的混合物。

6.根據權利要求1所述的鋰離子電池正極材料，其特征在于：所述的殼層材料尖晶石鎳錳酸鋰，其通式為Li_1+mNi_0.5-xMn_1.5-yA_zO_4-nB_n，其中A為Cr、Fe、Co、Cu、Al、Mg、Ti、Zr的至少一種，B為F、Cl、S至少一種，0≤m＜0.1，0≤x≤0.1，0≤y≤0.1，0≤z≤0.1，x+y+z＝1，0≤n＜0.1。

7.根據權利要求1所述的鋰離子電池正極材料，其特征在于：所述的殼層材料的厚度為0.01～2μm。

8.根據權利要求1所述的鋰離子電池正極材料，其特征在于：所述的殼層材料占被殼層材料包覆的核層材料的質量百分數為0.1～10％。

9.根據權利要求1所述的鋰離子電池正極材料，其特征在于，其制備步驟如下：

(1)將可溶性鋰鹽、鎳鹽、錳鹽、無機鹽溶解于溶劑中，形成混合溶液；

(2)將螯合劑在溶于溶劑中形成溶液；

(3)將(1)中混合溶液加入(2)中形成新混合液，并調節pH值至4～8，在30～100℃下加熱形成溶膠狀的殼層材料；

(4)將核層材料投入上述溶膠中，攪拌混合，使殼層材料均勻包覆在核層材料的表面；

(5)將上述被殼層材料包覆的核層材料烘干，焙燒，形成核殼結構的鋰離子電池正極材料；

其中所述步驟(1)中，所述的可溶性鋰鹽為醋酸鋰、硝酸鋰；可溶性鎳鹽為醋酸鎳、硝酸鎳；可溶性錳鹽為醋酸錳、硝酸錳；無機鹽為可溶性的鉻鹽、鎂鹽、鐵鹽、鈷鹽、鋁鹽、鈦鹽、氟化物、氯化物或硫化物；

其中所述步驟(1)中，所述溶劑為水、乙醇或異丙醇，其中乙醇為優選；

其中所述步驟(2)中，所述的螯合劑為檸檬酸或酒石酸；

其中所述步驟(2)中，所述溶劑為水、乙醇或異丙醇；

其中所述步驟(3)中，所述的pH值為4～8，螯合作用才能發揮最優的效果；

其中所述步驟(5)中，所述的焙燒的氣氛為空氣、氧氣，考慮到殼層材料在氧氣中煅燒會生成更少的Mn³⁺，因而優選氧氣氣氛焙燒；

其中所述步驟(5)中，所述的焙燒條件為：先在700～1000℃溫度下煅燒2～20h，然后在600～650℃退火煅燒2～20h，考慮到600～650℃燒結會降低Mn³⁺含量，因而優選退火燒結時間4h以上。

10.一種鋰離子電池，其包括：正極片、負極片、間隔于正負極片之間的隔離膜，以及電解液，其特征在于：所述的正極片由權利要求1～9所述的核殼結構的鋰離子電池正極材料與導電碳粉、粘結劑均勻混合制成，并且鋰離子電池充電終止電壓為4.3～4.7V?(vs.Li)。