[发明专利]锂离子电池正极材料、锂离子电池正极片及锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体而言，涉及一种锂离子电池正极材料、锂离子电池正极片及锂离子电池。

背景技术

随着纯电动汽车行业的发展，对其储能装置—锂离子电池提出更高的要求，而消费者最关心的问题在于续航里程及使用安全性。电池的能量密度(电池能量和电池重量的比值)是电池的一项重要性能指标，与电动汽车的续航里程密切相关。

现有的纯电动汽车用锂离子电池正极材料有磷酸铁锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂等。其中，磷酸铁锂/石墨体系电池虽然具有良好的安全性，但能量密度仅为120Wh/kg左右；锰酸锂/石墨体系电池虽然具有良好的安全性，但能量密度低且高温性能差；镍钴锰酸锂/石墨体系电池虽能量密度高，但其安全性差，现有技术水平难以通过针刺及过充等测试，严重影响电动汽车行驶安全。

目前的锂离子电池正极材料制成的锂离子电池在能量密度和安全性上不能兼顾，如何获得高能量密度及高安全性的锂离子电池成为亟待解决的问题。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种锂离子电池正极材料，以磷酸锰铁锂LiMn_xFe_1-xPO₄(0.5<x<1)和镍钴锰酸锂Li(Ni_xCo_yMn_z)O₂(0<x<1，0<y<1，0<z<1且x+y+z＝1)复配作为正极材料活性物质，可大幅提高纯镍钴锰酸锂正极材料的安全性，同时使用包含特定比例石墨烯的导电剂，通过添加石墨烯导电剂可大幅降低导电剂使用量，提高活性物质含量，以消除添加磷酸锰铁锂对镍钴锰酸锂能量密度的负面影响，该锂离子电池正极材料是兼顾能量密度和安全性的锂离子电池正极复合材料。

本发明的目的之二在于提供一种锂离子电池正极片，该正极片的铝箔集流体上涂覆有上述的锂离子电池正极材料，具有与锂离子电池正极材料相同的优势，极片中的活性物质占比高，安全性好。

本发明的目的之三在于提供一种锂离子电池，包括上述的锂离子电池正极材料或锂离子电池正极片，该锂离子电池具有与上述锂离子电池正极材料、锂离子电池正极片相同的优势，获得高能量密度、高安全性的锂离子电池，锂离子电池整体性能优良，质量能量密度>185Wh/kg。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

根据本发明的第一个方面，提供了一种锂离子电池正极材料，锂离子电池正极材料主要由以下质量百分含量的成分组成：正极活性物质97.5～98.5％、导电剂0.3～0.8％和粘结剂1～2％；

其中，所述正极活性物质主要由以下质量百分含量的组分组成：磷酸锰铁锂10～50％和镍钴锰酸锂50～90％；所述磷酸锰铁锂为LiMn_xFe_1-xPO₄，其中0.5<x<1，所述镍钴锰酸锂为Li(Ni_xCo_yMn_z)O₂，其中0<x<1，0<y<1，0<z<1且x+y+z＝1；

所述导电剂包括石墨烯，石墨烯质量占导电剂质量的40％～100％。

以锂离子电池正极材料的质量百分含量为基准，其中包括97.5～98.5wt％的正极活性物质、0.3～0.8wt％的导电剂和1～2wt％的粘结剂。

[正极活性物质]

本发明中，正极活性物质主要由特定比例的磷酸锰铁锂和镍钴锰酸锂复配得到，以正极活性物质的质量百分含量为基准，其中包括10～50wt％的磷酸锰铁锂和50～90wt％的镍钴锰酸锂。

磷酸锰铁锂为含有铁原子、锂原子和锰原子的磷酸盐化合物。其中，锰原子和铁原子相互固溶，具有斜方晶的橄榄石型的晶体结构，具有较好的安全性能和循环性能。