CN106571456A - 一种锂离子电池正极复配材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池正极复配材料，所述的锂离子电池正极复配材料包括以下质量份数的组分：磷酸铁锰锂15～23份，镍钴锰系材料50～85份，所述的磷酸铁锰锂的化学式为LiFe1‑XMnXPO4，所述的磷酸铁锰锂具有橄榄石型晶体结构，所述的镍钴锰系材料的化学式为LiNixCoyMn1‑x‑yO2，所述的镍钴锰系材料为α‑NaFeO2层状结构，所述的磷酸铁锰锂的D50在3.25μm～4.50μm之间，所述的镍钴锰系材料的D50在6.5μm～9.0μm之间。本发明采用磷酸铁锰锂与镍钴锰系材料(三元材料)混配，并对磷酸铁锰锂与镍钴锰系材料的粒径通过合理优化，较单一的三元正极材料具有较高的压实密度、低温性能和倍率放电性能，可以提高电池的整体安全性能。

Description

一种锂离子电池正极复配材料
【技术领域】
本发明涉及锂离子电池的技术领域，特别涉及一种锂离子电池正极复配材料。
【背景技术】
锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。锂离子电池具有高电压、高容量、低消耗、无记忆效应、无公害、体积小、内阻小、自放电少、循环次数多等特点。因其上述特点，锂离子电池已应用到移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机等众多民用及军事领域。
锂离子电池主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液等构成，正极材料在锂离子电池的总成本中占据40％以上的比例，并且正极材料的性能直接影响了锂离子电池的各项性能指标，所以正极材料在锂离子电池中占据核心地位。锂离子电池在制作过程中，压实密度对电池性能有较大的影响。压实密度与片比容量，效率，内阻，以及电池循环性能有密切的关系。一般来说，压实密度越大，电池的容量就能做的越高，所以压实密度也被看做材料能量密度的参考指标之一。压实密度不光和颗粒的大小、密度有关系，还和粒子的级配有关系，压实密度大的一般都有很好的粒子正态分布。可以认为，工艺条件一定的条件下，压实密度越大，电池的容量越高。合适的正极压实密度可以增大电池的放电容量，减小内阻，减小极化损失，延长电池的循环寿命，提高锂离子电池的利用率。现在常用的正极材料(钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料等)，由于材质不同，压实密度也有较大的差别。且目前的锂离子电池通常采用单一正极材料，压实密度较低，为了改善正极材料的压实密度，有必要提出一种锂离子电池正极复配材料。
【发明内容】
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种锂离子电池正极复配材料，其旨在解决现有技术中锂离子电池正极通常采用单一正极材料，压实密度较低，采用单一三元材料安全性能不足的技术问题。
为实现上述目的，本发明提出了一种锂离子电池正极复配材料，所述的锂离子电池正极复配材料包括以下质量份数的组分：磷酸铁锰锂15～23份，镍钴锰系材料50～85份，所述的磷酸铁锰锂的化学式为LiFe1-XMnXPO4，所述的磷酸铁锰锂具有橄榄石型晶体结构，所述的镍钴锰系材料的化学式为LiNixCoyMn1-x-yO2，所述的镍钴锰系材料为α-NaFeO2层状结构，所述的磷酸铁锰锂的D50在3.25μm～4.50μm之间，所述的镍钴锰系材料的D50在6.5μm～9.0μm之间。
作为优选，所述的磷酸铁锰锂为炭包覆磷酸铁锰锂。
作为优选，所述的锂离子电池正极复配材料还包括0.5～2.5份的导电炭黑、0.5～2.5份的粘接剂和0.2～1.5份的分散剂。
作为优选，所述的粘接剂采用PVDF、PVDF+HFP、C-PVDF中的一种或者几种组合，所述的分散剂采用NMP。
作为优选，所述的LiFe1-XMnXPO4中0.1≤X≤0.9。
作为优选，所述的X的值为0.4、0.5、0.6、0.7中的一种。
作为优选，所述的LiNixCoyMn1-x-yO2中0<x<1，0<y<1。
作为优选，所述的x为1/3，y为1/3。
作为优选，所述的x为0.5，y为0.3。
作为优选，所述的x为0.6，y为0.2。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明提供的一种锂离子电池正极复配材料，采用磷酸铁锰锂与镍钴锰系材料(三元材料)混配，并对磷酸铁锰锂与镍钴锰系材料的粒径通过合理优化，使得小颗粒的磷酸铁锰锂填充在大颗粒镍钴锰系材料的空隙间，且紧密排列，有效改善正极材料的压实密度，同时，由于粒径的减小，缩短了Li+在材料内部的扩散路径，有利于Li+在低温环境下脱嵌，可以提高电池的低温性能和倍率放电性能；且小颗粒磷酸铁锰锂能很好的分布在镍钴锰系材料之间，使得镍钴锰系材料颗粒被较好的隔离开，更好地抑制热失控状态下发生的连锁反应，改善了镍钴锰系材料高温存储和循环性较低的问题，可以提高电池的整体安全性能。
本发明的特征及优点将通过实施例进行详细说明。
【具体实施方式】
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明提供一种锂离子电池正极复配材料，所述的锂离子电池正极复配材料包括以下质量份数的组分：磷酸铁锰锂15～23份，镍钴锰系材料50～85份，所述的磷酸铁锰锂的化学式为LiFe1-XMnXPO4，所述的磷酸铁锰锂具有橄榄石型晶体结构，所述的镍钴锰系材料的化学式为LiNixCoyMn1-x-yO2，所述的镍钴锰系材料为α-NaFeO2层状结构，所述的磷酸铁锰锂的D50在3.25μm～4.50μm之间，所述的镍钴锰系材料的D50在6.5μm～9.0μm之间。
其中，所述的磷酸铁锰锂为炭包覆磷酸铁锰锂。
进一步地，所述的锂离子电池正极复配材料还包括0.5～2.5份的导电炭黑、0.5～2.5份的粘接剂和0.2～1.5份的分散剂。
其中，所述的粘接剂采用PVDF、PVDF+HFP、C-PVDF中的一种或者几种组合，所述的分散剂采用NMP。
更进一步地，所述的LiFe1-XMnXPO4中0.1≤X≤0.9，所述的LiNixCoyMn1-x-yO2中0<x<1，0<y<1。
具体地，所述的LiFe1-XMnXPO4中X的值为0.4、0.5、0.6、0.7中的一种，所述的LiNixCoyMn1-x-yO2中x为1/3，y为1/3或x为0.5，y为0.3或x为0.6，y为0.2。
实施例一、
15份D50为3.25μm的炭包覆LiFe0.6Mn0.4PO4，50份D50为6.5μm的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2，0.5份导电炭黑，0.5份PVDF，0.3份NMP。
实施例二、
19份D50为3.87μm的炭包覆LiFe0.6Mn0.4PO4，68份D50为7.8μm的LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2，1.5份导电炭黑，1.5份PVDF+HFP，0.85份NMP。
实施例三、
23份D50为4.50μm的炭包覆LiFe0.5Mn0.5PO4，85份D50为9.0μm的LiNi0.3Co0.5Mn0.2O2，2.5份导电炭黑，2.5份C-PVDF，1.2份NMP。
实施例四、
23份D50为4.50μm的炭包覆LiFe0.3Mn0.7PO4，85份D50为9.0μm的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2，2.5份导电炭黑，2.5份C-PVDF，1.2份NMP。
实施例五、
23份D50为4.25μm的炭包覆LiFe0.3Mn0.7PO4，85份D50为8.95μm的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2，2.5份导电炭黑，2.5份PVDF+HFP，1.2份NMP。
本实施例一至五所制备的电池正极，较单一三元材料所制备的电池正极具有较好的倍率性能、低温性能和安全性能。
三元材料是一次颗粒团聚而成的二次球形颗粒，由于二次颗粒在较高压实下会破碎，从而限制了三元材料电极的压实，也就限制了电芯能量密度的进一步提升，本发明实施例中采用磷酸铁锰锂与镍钴锰系材料(三元材料)混配，并对磷酸铁锰锂与镍钴锰系材料的粒径通过合理优化，使得小颗粒的磷酸铁锰锂填充在大颗粒镍钴锰系材料的空隙间，且紧密排列，有效改善正极材料的压实密度。
三元材料的锂离子扩散系数和电子电导率低，使得材料的倍率性能不是很理想，本发明实施例中由于小粒径的磷酸铁锰锂，缩短了Li+在材料内部的扩散路径，有利于Li+在低温环境下脱嵌，可以提高电池的低温性能和倍率放电性能。
三元材料电芯产气较严重安全性比较突出，高温存储和循环性还有待提高，而本发明实施例中小颗粒磷酸铁锰锂能很好的分布在镍钴锰系材料之间，使得镍钴锰系材料颗粒被较好的隔离开，更好地抑制热失控状态下发生的连锁反应，改善了镍钴锰系材料高温存储和循环性较低的问题，可以提高电池的整体安全性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂离子电池正极复配材料，其特征在于：所述的锂离子电池正极复配材料包括以下质量份数的组分：磷酸铁锰锂15～23份，镍钴锰系材料50～85份，所述的磷酸铁锰锂的化学式为LiFe1-XMnXPO4，所述的磷酸铁锰锂具有橄榄石型晶体结构，所述的镍钴锰系材料的化学式为LiNixCoyMn1-x-yO2，所述的镍钴锰系材料为α-NaFeO2层状结构，所述的磷酸铁锰锂的D50在3.25μm～4.50μm之间，所述的镍钴锰系材料的D50在6.5μm～9.0μm之间。
2.如权利要求1所述的一种锂离子电池正极复配材料，其特征在于：所述的磷酸铁锰锂为炭包覆磷酸铁锰锂。
3.如权利要求1所述的一种锂离子电池正极复配材料，其特征在于：所述的锂离子电池正极复配材料还包括0.5～2.5份的导电炭黑、0.5～2.5份的粘接剂和0.2～1.5份的分散剂。
4.如权利要求1所述的一种锂离子电池正极复配材料，其特征在于：所述的粘接剂采用PVDF、PVDF+HFP、C-PVDF中的一种或者几种组合，所述的分散剂采用NMP。
5.如权利要求1所述的一种锂离子电池正极复配材料，其特征在于：所述的LiFe1- XMnXPO4中0.1≤X≤0.9。
6.如权利要求5所述的一种锂离子电池正极复配材料，其特征在于：所述的X的值为0.4、0.5、0.6、0.7中的一种。
7.如权利要求1所述的一种锂离子电池正极复配材料，其特征在于：所述的LiNixCoyMn1-x-yO2中0<x<1，0<y<1。
8.如权利要求7所述的一种锂离子电池正极复配材料，其特征在于：所述的x为1/3，y为1/3。
9.如权利要求7所述的一种锂离子电池正极复配材料，其特征在于：所述的x为0.5，y为0.3。
10.如权利要求7所述的一种锂离子电池正极复配材料，其特征在于：所述的x为0.6，y为0.2。
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