[發明專利]一種高電壓復合正極材料及包含該材料的鋰離子電池

在審

• 申請號: 201910914056.0
• 申請日: 2019-09-25
• 公開（公告）號: CN112563462A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 于麗秋;李素麗;曾家江;樊亞楠;李俊義;徐延銘
• 申請（專利權）人: 珠海冠宇電池股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 聶稻波;謝怡婷

本發明提供一種高電壓復合正極材料及包含該材料的鋰離子電池，所述正極材料具有核殼結構，磷酸鋯鋰快離子導體作為殼層材料，鈷酸鋰和523三元材料作為核心材料，其中，所述鈷酸鋰和523三元材料的質量比為(1?9):1。所述磷酸鋯鋰具有極好的穩定性和優良的鋰離子傳輸性能，將其包覆在復合正極材料表面可以有效避免與電解液直接接觸，降低正極與電解液間的副反應，又能提高鋰離子傳輸速率；本發明以特定組成和粒徑的鈷酸鋰和特定組成和粒徑的三元材料通過機械物理混合而成的復合材料作為基體，再通過與磷酸鋯鋰固相物理混合、低溫快速燒結在復合正極材料表面形成包覆層，最終得到磷酸鋯鋰快離子導體包覆的高電壓復合正極材料。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種高電壓復合正極材料及包含該材料的鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池具有能量密度高、工作電壓高、環境友好、可制造加工性能強，目前被廣泛應用在手機、筆記本電腦、電動汽車以及儲能領域。鋰離子電池的快速發展，對于解決能源危機和改善環境污染具有重要意義。其中正極材料對鋰離子電池的電化學性能、安全性能以及制造成本起著關鍵作用，可以說正極材料是制約鋰離子電池發展的關鍵因素。目前鋰離子電池常用的正極材料主要有鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰等。但是以上幾種正極材料都有一些自身固有的缺點，例如鈷酸鋰雖然作為高能量密度體系的主打材料，但是受限于鈷礦資源制約，成本較高，并且在高電壓體系下的熱穩定性和安全性能較差，而磷酸鐵鋰等三元材料由于壓實密度低和電壓平臺低，故可應用的能量密度體系低，并且磷酸鐵鋰具有低溫性能差的缺點，而錳酸鋰高溫循環性能較差。

由于3C數碼領域對于手機和平板的需求日趨更輕更薄化，相應對鋰離子電池的能量密度要求也越來越高，鈷酸鋰作為高能量密度的主要正極材料，提高其上限工作電壓和克容量被認為是有效提升能量密度的途徑，但是提高工作電壓后，鈷酸鋰正極材料的熱穩定性和安全性能會相應變差很多。

發明內容

為了改善現有技術的不足，本發明的目的是提供一種克容量高、循環性能優異和安全性能好，并且具有優異熱穩定性的磷酸鋯鋰包覆的高電壓復合正極材料；并且該正極材料基體為鈷酸鋰與三元材料混合而成，該正極材料在高電壓(4.35-4.48V)下使用具有較高的熱穩定性和能量密度，并且成本低、合成工藝簡單，適合大規模生產。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案如下：

一種高電壓復合正極材料，所述正極材料具有核殼結構，磷酸鋯鋰快離子導體作為殼層材料，鈷酸鋰和523三元材料作為核芯材料，

其中，所述鈷酸鋰和523三元材料的質量比為(1-9):1；磷酸鋯鋰快離子導體占所述高電壓復合正極材料總質量的0.03-1wt％。

根據本發明，所述磷酸鋯鋰快離子導體形成厚度為5-30nm的包覆層。

根據本發明，所述鈷酸鋰的粒徑D₅₀為15-25μm，同時所述鈷酸鋰為大小顆粒級配，所述523三元材料的粒徑D₅₀為3-5μm。所述粒徑范圍的選擇匹配，有利于實現復合正極材料取得較高的壓實密度。

根據本發明，所述復合正極材料的壓實密度為3.85～4.1g/cm³。