[發明專利]經改性的鋰離子電池正極材料、其制備方法及包含其的鋰離子電池

有效

• 申請號: 201810274367.0
• 申請日: 2018-03-29
• 公開（公告）號: CN108615861B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 孔令涌;鐘澤欽;陳俊奇
• 申請（專利權）人: 深圳市德方納米科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳中一聯合知識產權代理有限公司 44414
• 代理人: 李艷麗

本申請提供一種經改性的鋰離子電池正極材料。該經改性的鋰離子電池正極材料可通過磁控濺射技術，以高溫穩定性材料和電化學活性材料的組合作為靶材濺射到鋰離子電池正極基材上形成包覆層而制得。該包覆層能夠提高鋰離子電池的熱穩定性，同時又能夠保持電池的能量密度與充放電倍率等電學性能。本發明還提供制備該經改性的鋰離子電池正極材料的方法和包含該經改性的鋰離子電池正極材料的鋰離子電池。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池正極材料技術領域，具體涉及一種經改性的鋰離子電池正極材料、其制備方法及包含其的鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池是性能卓越的新一代綠色高能電池，已成為高新技術發展的重點之一。鋰離子電池具有以下特點：高電壓、高容量、低消耗、無記憶效應、無公害、體積小、內阻小、自放電少、循環次數多。因其上述特點，鋰離子電池已應用到移動電話、筆記本電腦、攝像機、數碼相機等眾多民用及軍事領域。

鋰電池主要由正極材料、負極材料、隔膜和電解液等構成，正極材料在鋰電池的總成本中占據40％以上的比例，并且正極材料的性能直接影響了鋰電池的各項性能指標，所以鋰電正極材料在鋰電池中占據核心地位。目前已經市場化的鋰電池正極材料包括鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元鎳系鎳鈷錳酸鋰(NCM)和鎳鈷鋁酸鋰(NCA)等產品。但鋰電池正極材料還存在一定的技術瓶頸，尤其是它的電容量高與安全性能強的優勢還未充分發揮出來。

高能量密度鋰離子電池是今后的發展主流方向。高鎳三元正極材料憑借高克容量受到市場的青睞，日本松下生產的NCA電池驅動特斯拉汽車更是帶動了全球NCA研發生產熱潮。然而，高鎳正極材料普遍存在熱穩定性等缺點，在使用過程中，由于鋰枝晶/毛刺刺穿隔膜、隔膜遇熱收縮等異常情況下，正負極接觸短路，熱量劇增引起電池熱失控，造成起火、爆炸等危險。因此有必要在正負極中間增加一層屏障，防止正負極直接接觸引起熱失控。

中國專利CN100580990C公開了一種提高鋰離子二次電池安全性的方法及鋰離子二次電池，通過在涂布干燥后輥壓之前，在正極或負極片表面涂敷一層具有良好絕緣層的氧化鋁薄膜，在針刺等極端惡劣的內部短路情況下，電池不易發生起火爆炸。然而氧化鋁薄膜厚度達到3-8μm，將犧牲電池一定的能量密度。中國專利CN100527483C公開了利用磁控濺射技術在正極材料包覆具有高溫穩定性的無機材料，提高了鋰離子電池的安全性。然而，采用單一的無機材料形成的致密薄膜在充放電過程中不利于鋰離子的正常脫嵌，會嚴重影響成品電池的倍率性能。

因此，本領域仍需要能夠提高鋰離子電池的熱穩定性同時又能夠保持電池的能量密度與充放電倍率性能的鋰離子電池正極材料。

發明內容

為解決上述問題，本發明的一個目的是提供一種經改性的鋰離子電池正極材料，該經改性的鋰離子電池正極材料是在鋰離子電池正極基材上施加包覆層得到。該包覆層能夠提高鋰離子電池的熱穩定性，同時又能夠保持電池的能量密度與充放電倍率等電學性能。本發明另外的目的是提供一種包含經改性的鋰離子電池正極材料的鋰離子電池。

因此，在第一方面，本發明提供一種經改性的鋰離子電池正極材料，該經改性的鋰離子電池正極材料包括鋰離子電池正極基材和施加在該正極基材上的包覆層，其中該包覆層包括高溫穩定性材料和電化學活性材料的組合。

具體地，該電化學活性材料包括磷酸鐵鋰(英文縮寫LFP)、磷酸錳鋰(英文縮寫LMP)、磷酸鐵錳鋰(英文縮寫LMFP)、鈦酸鋰(英文縮寫LTO)、錳酸鋰(英文縮寫LMO)中的至少一種。優選地，該電化學活性材料包括磷酸鐵鋰和磷酸鐵錳鋰中的至少一種。

具體地，該高溫穩定性材料包括氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦、鈦酸鋇中的至少一種。優選地，該高溫穩定性材料包括氧化鋁和鈦酸鋇中的至少一種。