[發明專利]一種混合正極材料及包含該材料的鋰離子電池

在審

• 申請號: 201711272975.X
• 申請日: 2017-12-06
• 公開（公告）號: CN108305993A
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 黃震雷;王歡歡;陳全彬;韓坤明;高川;周恒輝;楊新河
• 申請（專利權）人: 北大先行科技產業有限公司;北大先行泰安科技產業有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理事務所(普通合伙) 11200
• 代理人: 劉召民

本發明涉及一種混合正極材料及包含該材料的鋰離子電池。該混合正極材料為高鎳活性物質與低鎳活性物質的混合材料；其中高鎳活性物質的中位粒徑小于或等于15μm，一次晶粒粒徑為1.0～10μm；低鎳活性物質的中位粒徑大于或等于1μm，一次晶粒粒徑為0.5～5.0μm。該混合正極材料粉末由單分散的一次晶?；蛘咭淮尉Я６逊e而成的二次顆粒組成。采用本發明提供的混合正極材料的鋰離子電池，具有良好的高溫循環性能和安全特性。

技術領域

本發明涉及一種混合正極材料，以及包含該材料的鋰離子電池，屬于鋰離子電池技術領域。

背景技術

鋰離子電池因為高工作電壓、高能量密度、長循環壽命等突出優點，在新能源汽車用動力電池方面具有廣闊應用空間。隨著石油資源日益枯竭，環境污染日趨加重，大力發展新能源汽車產業，以減少對化石能源的依賴、減少車輛尾氣排放，已成為世界上多數國家的政策共識。與此同時，人們對新能源車用動力鋰離子電池的性能也提出了越來越高的要求，比如更高的能量密度，更好的循環壽命，更優越的安全特性等等。鎳鈷錳三元材料為代表的層狀結構正極材料，是目前廣泛應用于鋰離子電池的一類正極材料。其優點是比容量較大，電壓平臺高，循環性能好，并且由于材料中鈷含量較低，所以成本顯著低于鈷酸鋰材料，安全性能顯著優于鈷酸鋰材料，因此成為一種優秀的動力鋰離子電池正極材料。

一般鎳鈷錳三元材料中，當含鎳量較高時，材料的比容量較高，但結構穩定性較差，循環性能和安全特性不佳；鎳含量較低時，材料比容量相對較低，但結構穩定性較好，因此具有較好的循環和安全性能。正極材料的比容量和安全特性還與其形貌有關。一般材料的晶粒尺寸和中位粒徑越小，比表面積越大，比容量越高，但安全性能相對較差；晶粒尺寸和中位粒徑越大，比表面積越小，比容量越低，但安全性能相對較好。

從形貌上區分，目前市場上的鎳鈷錳三元材料有小晶粒團聚體三元材料和大晶粒三元材料兩類。其中大晶粒三元材料具有較好的高溫循環性能和安全特性，但由于材料晶粒較大，通常大電流充放電性能較差，很難用于動力電池領域。

為了改善正極材料的性能，可以將不同材料進行混合使用?；旌险龢O材料中不同組分的種類、物性指標、混合比例等，對混合正極材料的性能有重大影響。中國專利201410105350.4中公開了一種將高容量的鎳鈷錳三元材料與高安全的磷酸鐵錳鋰材料復配的混合正極材料，發揮了兩種材料的互補優勢，改善了正極材料的綜合性能，使其具有較好的質量能量密度和安全性能。但磷酸鐵錳鋰材料本身的密度較低，混合正極材料的體積能量密度相較鎳鈷錳三元材料并無改善。中國專利201210505675.2中，公開了一種將鈷酸鋰系活性物質與鎳鈷錳三元材料材料混合的正極材料，但此類材料中鈷酸鋰系活性物質含量較高，不適于用作動力電池正極材料。

發明內容

針對上述問題，本發明目的為提供一種混合正極材料，以及包含該正極材料的鋰離子電池。本發明提供的混合正極材料是由高鎳活性物質A和低鎳活性物質B混合而成的，其中，A的一次晶粒粒徑和中位粒徑較大，具有較高的容量，B的一次晶粒粒徑和中位粒徑較小，安全性能更加突出，兩種材料配合，可以發揮各自的性能優勢。使該混合正極材料同時具有高容量、高壓實、高安全性的特點，另外使用該混合正極材料的鋰離子電池，具有較高的極片壓實密度，在4.2V以上使用電壓下，具有良好的高溫循環性能和安全性能。

為了實現上述目的，本發明的具體技術方案如下所述：

一種混合正極材料，由重量比為0.8～20的高鎳活性物質A與低鎳活性物質B混合而成；

所述高鎳活性物質A通式為Li_αNi_xCo_yMa_(1-x-y)O₂，其中0.95≤α≤1.10，0.5≤x≤0.85，0≤y≤0.45，1-x-y＞0，Ma為Al、Cr、Mg、Mn、Mo、Nb、Ti、V、W、Zr中的至少一種，A的中位粒徑4μm≤D50≤15μm；