[发明专利]一种锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池用正极材料以及使用该正极材料制成的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池自1991年被商品化以来，其所用的正极材料也在不断改进。最早用于锂离子电池的正极材料主要是钴酸锂，其主要缺点是价格高，容量低于镍钴酸锂。为此开发了一些新型的正极材料主要有以下几种：锰酸锂、镍钴锰酸锂、和镍钴酸锂。其性能和钴酸锂比较如下：

1、克容量：

尖晶石锰酸锂100毫安时左右，钴酸锂在140毫安时左右，三元材料140毫安时左右、镍钴酸锂在180毫安时左右。克容量越高，其重量能量密度越高。

2、压实密度

锰酸锂在3.0克每立方厘米左右，三元材料在3.4克每立方厘米左右，钴酸锂3.8克每立方厘米左右。压实密度越高，其体积能量密度越大。

3、价格

锰酸锂最低，三元材料和镍钴酸锂比钴酸锂低，钴酸锂价格最高。

就以上指标来说，各种材料都具有自己的特点。对于锂离子电池来说既要提供较高的能量密度又要保证其具有良好的安全性能。为此需要综合应用各个材料的性能。来提供出综合性能比较优异的锂离子电池正极材料。例如添加锰酸锂可以提高电池的安全性能，添加含镍量高的材料可以提高电池的能量密度，添加钴酸锂可以提高电池的压实性能。对于电池最重要的指标之一能量密度的提高来说，可以通过添加含镍量高的材料来实现，同时由于镍的价格低于钴从而还可以在一定程度上降低电池的材料成本，但是对于镍含量高的材料来说，其添加到锂离子电池正极材料以后会影响到锂离子电池的高温储存性能。

因此要想通过添加含镍量高的材料到锂离子电池正极中去，就必须解决由于含镍的物质的加入导致电池的高温储存性能差的问题。

发明内容

针对在锂离子电池正极中加入含镍的材料以后产气量大，对环境要求高，高温储存性能差的问题。锂离子电池用正极材料应用性能差，在高温环境下产气量大，膨胀率高的问题。本发明人做了大量的研究，经过很多次试验的摸索，本发明人出人意料的发现通过选择具有不同颗粒形貌的原材料以及控制不同颗粒形貌的含镍材料的加入比例，控制含镍的锂离子电池用正极材可以提供出一种具有较高的比容量，较低的生产成本和较好的高温性能的锂离子电池用正极材料。以及用此材料所生产的锂离子电池。本发明人发现当对于含有镍材料的锂离子电池来说，其所用正极材料中，就微观形貌来说其是一次颗粒构成的二次颗粒的类球形。其颗粒度的中位径大于6微米，并且从电镜图上分析其形成二次类球形颗粒的一次颗粒中单个颗粒大小在1微米以上的占总的单个颗粒的比例在15％以下的含镍材料在整个复合材料中所占的比例小于30％的时候，该正极材料具有良好的高温储存性能。由该正极材料所制作的的锂离子电池也具有良好的高温储存性能

通对于通过复合充分发挥锂离子电池的各种材料的优势的复合技术来说。为了提高锂离子电池的能量密度和降低电池的材料成本需要选择含镍的材料作为复合的原材料之一。过大量的研究和试验，本发明人发现：对于复合材料来说，采用当镍元素的正极材料，从扫描电镜图显示就微观形貌来说其是一次颗粒构成的二次颗粒的类球形。其颗粒度的中位径大于6微米，并且从电镜图上分析其形成二次类球形颗粒的一次颗粒中单个颗粒大小在1微米以上的占总的单个颗粒的比例在15％以下的含镍材料在整个复合材料中所占的比例小于30％的时候，该正极材料具有良好的高温储存性能。由该正极材料所制作的锂离子电池也具有良好的高温储存性能

而当从电镜图上分析其形成二次类球形颗粒的一次颗粒中单个颗粒大小在1微米以上的占总的单个颗粒的比例在15％以下的含镍材料在整个复合材料中所占的比例小于30％的时候，该复合正极材料的高温稳定性差，在60度以上的高温环境下，膨胀率高，储存性能差。

用该正极材料所做出来的电池在60度以上高温储存时就会发生严重的膨胀。高温储存性能差。由此通过控制具有一定颗粒度和微观形貌的含镍材料在复合材料中所占的比例可以得到高温性能比较稳定、容量比较高、成本比较低的锂离子电池用正极材料。

目前的锂离子电池所用的正极材料，三元材料压实密度低，平台低。单一的含镍的材料在高温环境下产气量大，膨胀率高，平台低和压实密度低。钴酸锂价格太高。每一中材料都有各自的优点好缺点，单靠一种材料难以满足这些材料满足不了日益增长的锂离子电池的需求。为此需要将不同的锂离子电池用正极材料进行复合以提供综合性能比较好的锂离子电池用正极材料。由此含镍的正极材料作为复合材料的成分之一可以提高容量降低价格，但是存在高温储存性能差的问题。