[发明专利]一种锂电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，具体涉及一种锂电池正极材料及其制备方法。

背景技术

锂电池做为绿色高能电池，具有电压高、能量密度大、循环性能好、自放电小、无记忆效应、工作温度宽等众多优点，广泛应用于手机、笔记本电脑、数码相机及其他新兴IT产品上，在电动车、电动工具，光伏储能电池等大电池方面也开始逐步替代传统的铅酸电池，显示出良好的发展前景。

现有的电动自行车车用锂电池的电量显示一般可以通过容量输出积分计算或者电压变化来完成设计，其中，前者相对准确一些，但是在制作成本上要高很多。鉴于实际情况，现有的动力锂离子电池生产厂家绝大部分都是通过以电压变化来显示电量。然而，这种显示方式并不准确，例如，人们在使用时会发现在显示一格或两格电的时候，电很快就用完了，并不是和电压显示的格数成正比的关系，因此在发现只有两格或者一格电量显示的时候经常来不及充电，造成无法继续行驶，给实际使用造成了不便。

另一方面，正极材料生产商及锂电池制造商已开始研究推广镍钴锰酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂等新材料。然而，实际应用中发现，纯的锰锂电池在放电末段电压下降很快，但是实际上的电量没有多少，不到10％；而纯的铁锂电池的中间平台很平，但是实际上所占的容量很多，很难在中间定位某一个电压值作为电量显示的隔点；这在附图1和2中可以清楚看出，这也给以电压变化来表示电量的显示方式带来了困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂电池正极材料及其制备方法，其制得的锂电池的电量和电压之间具有良好的对应关系，且容易使用电压预测的方法较准确的估计剩余电量。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种锂电池正极材料，包括粘结剂、导电剂和正极原材料，所述正极原材料占总重量的60～99％，所述正极原材料为锰酸锂和磷酸铁锂的混合物，以重量计，锰酸锂∶磷酸铁锂为1∶9～9∶1。

上文中，可以使用X射线衍射技术区分尖晶石结构的锰酸锂和橄榄石结构的磷酸铁锂。

进一步的技术方案，以重量计，磷酸铁锂∶锰酸锂为1∶1～1∶9。本发明通过调整锰酸锂和磷酸铁锂之间的比例来调节锂电池电量和电压之间的关系，使其具有较好的对应关系和容易通过电压估测电量。

上述技术方案中，所述粘结剂为羧甲基纤维素和丁苯橡胶的混合物，或者为聚偏氟乙烯。也可以是其他可用于粘结用途的高分子物质。所述羧甲基纤维素(CMC)和丁苯橡胶(SBR)可以采用现有的商品。

上述技术方案中，所述导电剂为碳黑和石墨的混合物。所述石墨和碳黑是不同的，两者是同素异形体，但碳黑提供的是短程导电，石墨提供的是长程导电性能，其他如碳纤维也可提供长程导电性能，同时用量可以进一步减少。当然也可以采用其他碳的同素异形体的混合物作为导电剂。

本发明同时请求保护上述锂电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)在配料锅中加入N-甲基吡咯烷酮作为溶剂，所述溶剂的量占正极材料总量的10～150％；

(2)将碳黑、石墨、磷酸铁锂和锰酸锂进行烘干，使其含水率均降低至1％以下；

(3)将聚偏氟乙烯、碳黑、石墨、锰酸锂和磷酸铁锂分别加入上述配料锅中，充分搅拌均匀；

(4)将配料锅内的料温调节至25～30℃，再搅拌至少30分钟；即得到所述锂电池正极材料。

上文中，所述正极原材料既可以是分开储放的锰酸锂和磷酸铁锂材料，在制作的时候加入，也可以是预先通过其他方法将锰酸锂和磷酸铁锂复合在一起。

上述技术方案中，所述步骤(3)搅拌后得到固液混合物。

与之相应的另一种技术方案是：一种锂电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)在配料锅中加入去离子水作为溶剂，所述溶剂的量占正极材料总量的10～200％；

(2)将羧甲基纤维素、丁苯橡胶、碳黑、石墨、锰酸锂和磷酸铁锂分别加入上述配料锅中，充分搅拌均匀；

(3)将配料锅内的料温调节至25～30℃，再搅拌至少30分钟；即得到所述锂电池正极材料。

上述技术方案中，所述步骤(2)搅拌后得到固液混合物。

由于上述技术方案的采用，与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.本发明将锰酸锂和磷酸铁锂混合做为锂电池的正极原材料，制备获得了新的正极材料，由其制得的锂电池的电量和电压之间具有较好的对应关系，因而在采用以电压变化来表示电量时能够比较准确，方便了消费者使用。

2.本发明的制备方法简单且易于操作，具有良好的应用前景。

附图说明