[發明專利]鋰離子動力電池正極材料及包含該材料的鋰離子動力電池

有效

• 申請號: 201310082237.4
• 申請日: 2013-03-15
• 公開（公告）號: CN103178251B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 朱凌波;閆武釗;來佑磊;楊凱;馬成誠
• 申請（專利權）人: 寧德新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48;H01M4/62;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

技術領域

本發明屬于鋰離子動力電池技術領域，更具體地說，本發明涉及一種鋰離子動力電池正極材料及包含該材料的鋰離子動力電池。

背景技術

隨著現代社會的發展和人們環保意識的增強，越來越多的設備選擇以電池作為電源，如筆記本電腦、智能手機、電動汽車和儲能電站等，其中電動汽車和儲能電站對電池的容量和功率都有較高的要求，需要采用大容量高功率的動力電池。更重要的是，電動汽車和儲能電站對電池的安全性能也有更嚴格的要求。如果鋰離子動力電池處在穿刺或擠壓等濫用情況下，電池內部的溫度就會升高，當溫度升高到一定程時度，電池發生熱失控，就有可能會起火或爆炸，導致安全問題的發生。

鋰離子動力電池一般包括電極組件、用于容納所述電極組件的金屬殼體、注入到所述金屬殼體內的電解液和固定連接在所述金屬殼體上的頂蓋，所述電極組件包括正極片、負極片和間隔于所述正極片和所述負極片之間的隔膜，所述正極片上設有正極極耳，所述負極片上設有負極極耳，所述頂蓋上設有與所述正極極耳電連接的正極端子、與所述負極極耳電連接的負極端子、注液孔和防爆閥。

為了改善鋰離子動力電池的安全性能，現有技術中很多方法均是使用機械方式來將電池本身的發熱傳導到另外的地方，以避免電芯內部過熱導致熱失控。但是，機械方式并沒有從根本上解決鋰離子動力電池的安全性問題。為此，一些專利申請中公開了一些新的解決方法：例如，公開號為CN102117913的中國專利申請將NCM三元材料和LiFePO₄在攪拌制漿的時候混合在一起作為正極材料，以提高電池的安全性能，但是攪拌混合過程中兩種材料不能很好的混合在一起，安全性好的LiFePO₄材料不能很好地包覆在NCM三元材料的外表面，從而使得電池安全性能提高的幅度十分有限。而申請號為US20120141873A的專利申請則使用富Li的NCM三元材料，再在其外面包覆(Fe)₃(PO4)₂，經過高溫燒結之后在富Li的NCM三元材料的外表面形成LiFePO₄和(Fe)₃(PO4)₂的復合包覆層，這個過程工藝復雜，而且富Li的NCM三元材料的合成需要氧化性氣氛，而LiFePO₄的合成又需要還原性氣氛，兩個條件難以同時滿足，此外，如果在富Li的NCM三元材料的外層完善的生長了一層LiFePO₄和(Fe)₃(PO4)₂的復合包覆層，那么整個材料的電導率會由導電性差的LiFePO₄和(Fe)₃(PO4)₂來決定，從而降低了材料本身的功率性能。

有鑒于此，確有必要提供一種鋰離子動力電池正極材料及包含該材料的鋰離子動力電池，該正極材料具有壓實密度高、功率大和安全性好等優點。

發明內容

本發明的目的之一在于：針對現有技術的不足，而提供一種鋰離子動力電池正極材料，該正極材料具有壓實密度高、功率大和安全性好等優點。能夠提高能量密度且安全性高的鋰離子動力電池用正極材料及其鋰離子動力電池。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：一種鋰離子動力電池正極材料，所述正極材料包括核層和殼層，核層材料為LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂，其中0≤x≤1, 0≤y≤1，殼層材料為LiVFe(PO₄)₂和/或LiFePO₄，所述殼層材料包覆于所述核層材料的外表面，并且所述殼層材料占所述正極材料總質量的質量百分比為5-30%，所述殼層材料的粒徑為50-1000nm。若所述殼層材料占所述正極材料總質量的質量百分比太小，則包覆對動力電池的安全性能的提高有限；若所述殼層材料占所述正極材料總質量的質量百分比太大，又會影響電池的功率和能量密度。所述殼層材料的粒徑為50-1000nm，納米級的殼層材料能夠填充在較大顆粒的核層材料的空隙中，因此，本發明并沒有減小三元正極材料的壓實密度，從而能夠有效提高動力電池的能量密度。需要說明的是，所述殼層材料非均勻地包覆于所述核層材料的外表面，因為將殼層材料包覆在核層材料的外表面通常很難達到完全均勻的效果。

作為本發明鋰離子動力電池正極材料的一種改進，所述殼層材料占所述正極材料總質量的質量百分比為10-20%，這是優選的范圍。