[發明專利]正極活性物質和含該物質的鋰離子電池

在審

• 申請號: 202011033821.7
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112133900A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 杭道金;孟凡臣;王亮;陸君;肖天輝;吉安東;王雅蘋
• 申請（專利權）人: 上海華誼(集團)公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/58;H01M4/62;H01M4/13;H01M10/0525
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 朱黎明

公開了正極活性物質和含該物質的鋰離子電池。所述正極活性物質為混合物，包括具有下式的鋰金屬氧化物顆粒：LiM_2?xMn_xO_r，其中0≤x＜2,r是滿足該鋰金屬氧化物化學價的氧元素的量，M選自Ni、Cr、Fe、Al、Mg、Cu、Ti、Zn、Ca、Co中的一種或多種元素；和具有下式的磷酸錳鐵鋰顆粒：Li_yFe_1?zMn_zPO₄其中1≤y≤1.10，0.5≤z＜1；若n為混合物中Mn元素摩爾數(Mn的價態≥+3)/混合物中Fe元素摩爾數(Fe的價態為+2價)，則0＜n≤500；若m為組分(a)顆粒的粒徑D50數值與組分(b)顆粒的粒徑D50數值之比，則1≤m≤95。

技術領域

本發明涉及一種正極材料混合物，它可用于制備鋰離子電池的正極。本發明還涉及用該正極材料混合物制得的正極和含該正極的鋰離子電池。

背景技術

隨著多年來研究人員廣泛深入的研究，磷酸鐵鋰正極材料的性能不斷提升。LiFePO₄正極材料因具有良好的安全性能和熱穩定性、原材料來源豐富、不含有貴重金屬且工藝成本低的等一系列優點，已經成為鋰離子電池領域應用最為廣泛的正極材料之一。

然而，LiFePO₄正極材料的3.4V低電壓平臺和較低的克容量限制了其應用領域的普適性。LiMnPO₄的電壓平臺較高，具有與LiFePO₄相似的橄欖石結構，但是電子導電性和擴散性較差，難以大規模合成和應用。研究人員通過綜合二者的優勢，在LiMnPO₄中摻入Fe元素，得到LiFe_1-zMn_zPO₄固溶體材料。磷酸錳鐵鋰的理論克容量與磷酸鐵鋰相近(170mAh/g)，但是其電壓平臺為4.0V-4.1V，高于LiFePO₄的3.4V的電壓平臺，重量能量密度較LiFePO₄高15％左右。其較高的電壓平臺對應于Mn⁺²/Mn⁺³氧化還原對。磷酸錳鐵鋰較高的電壓平臺可以與三元正極材料等高電壓的正極材料共混，提高高能量密度鋰電池的安全性、熱穩定性和降低離子電池成本。

LiM_r/2-xMn_xO_r等含有+3價Mn元素的正極材料等因為充放電過程中受到Jahn-Teller效應影響，在放電電壓低的地方+3價的Mn發生歧化，+2價的Mn溶解，材料的高溫循環較差。雖然此種正極材料的電壓平臺較高，但是因為Mn元素的溶出導致的結構不穩定而造成的容量衰減，特別是高溫循環較差一直阻礙了此種材料的廣泛應用。因此可將同樣具有較高電壓平臺的磷酸錳鐵鋰正極材料與含+3價Mn元素的鋰金屬氧化物混合，減少Jahn-Teller效應影響，提高高溫循環和電池安全性。進一步調控兩種正極材料的粒徑比例，使用小粒徑的磷酸錳鐵鋰作為填充物，填充在鋰金屬氧化物顆粒之間的空隙之內，提高極片內部的空間利用率和極片的壓實密度。

中國專利CN105470495A公開了一種正極活性材料，該正極活性物質含有鎳鈷錳鋰氧化物以及由式LiMn_xFe_1-xPO₄所示的磷酸錳鐵鋰化合物，所述磷酸錳鐵鋰化合物的顆粒包覆在所述鎳鈷錳鋰氧化物的顆粒的表面和嵌在所述鎳鈷錳鋰氧化物的顆粒之間的縫隙中，所述磷酸錳鐵鋰化合物的顆粒的平均粒徑為30-200nm，所述鎳鈷錳鋰氧化物的顆粒的平均粒徑為10-20000nm。

本領域還需要提供一種正極材料，用該正極材料制得的鋰離子電池具有改進的放電容量比和高溫循環壽命。

發明內容

本發明的目的是提供一種正極材料，用該正極材料制得的鋰離子電池具有改進的放電容量比和高溫循環壽命。

因此，本發明的一個方面涉及一種鋰離子電池正極用混合物，它包括：