[发明专利]锂离子电池及其正极材料

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种适用于高充电截止电压条件下的锂离子电池正极材料及其制备的高能量密度锂离子电池。

背景技术

锂离子电池由于具有能量密度高、循环性能好、工作电压高、无记忆效应等优点，成为应用最为广范的二次电池之一。随着电子技术的飞速发展，人们对锂离子电池提出了更高的能量密度及更长的循环性能等要求。因此，开发高性能的正极材料对于锂离子电池的发展显得尤为重要。

在目前商品化的锂离子电池正极材料中，应用最广泛、最为成熟的正极材料为钴酸锂(LiCoO₂)。虽然LiCoO₂的理论克容量为275mAh/g，但其在4.2V工作截止电压下的可逆克容量仅为140mAh/g左右，相对较低。提高LiCoO₂的充电截止电压(即高于4.2V)，容易使其发生结构破坏，热稳定性变差，导致电池的循环性能变差，并带来很大的安全隐患。此外，LiCoO₂中的钴属于稀有金属，资源紧缺，因而成本较高，而且其对环境有破坏作用。因此，寻找低成本、高能量密度、安全性好的非钴或低钴正极材料成为锂电正极材料的一个发展方向。

近来，镍钴锰系三元材料Li(Ni_xCo_yMn_1-x-y)O₂(0.3≤x≤0.8，0.1≤y≤0.4)得到迅速发展，此三元正极材料成本较低，安全性能好，且在容量发挥上已经超过LiCoO₂，实际容量可高达180～190mAh/g。但是，此类三元材料的压实密度较低，仅为3.6g/cm³，且其放电电压相对较低，导致难以满足实际应用的需求。此外，三元材料的高克容量主要是通过镍含量的增加来获得的，镍含量增加会导致材料的热稳定性较低，导致高温下电解液的分解，并产生大量气体，从而带来严重的安全隐患。因此，使用单一的镍钴锰三元材料难以满足市场对高性能正极材料的需求。

将镍钴锰系三元材料与钴酸锂正极材料混合使用，可以结合两者的优点，以达到降低材料成本，改善电池的电化学性能与安全性能的目的。但是，将两种材料简单的机械混合在一起，并不能获得另人满意的电池性能，且不能改善电池的高温存储性能。

有鉴于此，确有必要提供一种适用于高充电截止电压条件下的锂离子电池正极材料，以改善锂离子电池的电化学性能、安全性能以及高温存储性能等，以及包含所述正极材料的锂离子电池。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种适用于高充电截止电压条件下的锂离子电池正极材料。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术：

一种锂离子电池正极材料，

所述正极材料由LiCoO₂和Li(Ni_xCo_yMn_1-x-y)O₂两种活性物质组成，其中，0.3≤x≤0.8，0.1≤y≤0.4，0.6≤x+y≤0.9；

所述LiCoO₂经元素M体相掺杂和氧化物MO_x表面包覆处理，所述Li(Ni_xCo_yMn_1-x-y)O₂经元素M体相掺杂和氧化物MO_x表面包覆处理，其中，M为Mg、Ti、Al、Zr、B、La、Ce、Y中的至少一种；

在所述正极材料的XRD衍射图谱中，Li(Ni_xCo_yMn_1-x-y)O₂(003)晶面的衍射角2θ₁为18.55°～18.85°，LiCoO₂(003)晶面的衍射角2θ₂为18.85°～19.00°，两者的差值Δθ₁为0.20°～0.30°；Li(Ni_xCo_yMn_1-x-y)O₂(104)晶面的衍射角2θ₃为44.30°～44.50°，LiCoO₂(104)晶面的衍射角2θ₄为45.10°～45.30°，两者的差值Δθ₂为0.65°～0.85°；