[发明专利]复合活性材料、锂离子电池复合正极材料、锂离子电池正极、锂离子电池和制备方法、应用

说明书

本发明涉及电池领域，具体涉及一种复合活性材料、锂离子电池复合正极材料、含有该锂离子电池复合正极材料的锂离子电池正极、含有该锂离子电池正极的锂离子电池，以及该锂离子电池的制备方法和应用。该复合活性材料包含磷酸铁锂和高镍三元材料，其中，以所述复合活性材料的总重量为基准，所述磷酸铁锂的含量为85‑98重量％，所述高镍三元材料的含量为2‑15重量％；所述高镍三元材料的化学式为LiNi_1‑x‑yCo_xMn_yO₂，其中0x+y≤0.3。本发明的锂离子电池的克比容量能够几乎达到170mAh/g，可以应用于电动汽车中。

技术领域

本发明涉及电池领域，具体涉及一种复合活性材料、锂离子电池复合正极材料、含有该锂离子电池复合正极材料的锂离子电池正极、含有该锂离子电池正极的锂离子电池，以及该锂离子电池的制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池主要包含正极、电解质和负极三个部分。其中，锂离子电池正极材料是决定电池电化学性能、安全性能、能量密度以及价格成本的关键因素。目前，锂离子电池的正极材料有很多，比如钴系正极材料、镍系正极材料、锰系正极材料、磷酸铁锂正极材料等。

其中，磷酸铁锂(LiFePO₄)正极材料的理论容量为170mAh/g，可逆充放电比容量较高，同时又具有原料来源广泛、污染低、安全性好、循环寿命长等优势，是目前较为理想的动力型和储能形锂离子电池正极材料。但是，由于自身结构的限制，磷酸铁锂的离子传导率和电子传导率均较低，只适合在小电流密度下进行充放电，高倍率充放电时比容量降低，这限制了该材料的应用。以磷酸铁锂为正极材料的锂离子电池中磷酸铁锂材料的容量发挥通常只有145mAh/g，这使得磷酸铁锂为正极的锂离子电池的能量比密度低，达不到电动汽车的高能量比密度的需要。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的以磷酸铁锂为正极材料的锂离子电池能量比密度不够高的缺陷，提供了一种复合活性材料、锂离子电池复合正极材料、含有该锂离子电池复合正极材料的锂离子电池正极、含有该锂离子电池正极的锂离子电池，以及该锂离子电池的制备方法和应用。本发明的锂离子电池的克比容量能够几乎达到170mAh/g(理论容量)，可以应用于电动汽车中。

在目前的锂离子电池领域，以磷酸铁锂为正极材料的锂离子电池和以高镍三元材料为正极材料的锂离子电池是两种完全不同系列的电池，本领域中一直将这两种系列的电池分别进行研究。但是本发明的发明人意外发现，在磷酸铁锂正极材料中加入少量的高镍三元材料，可以显著提高所得磷酸铁锂正极材料锂离子电池的容量，并经过深入研究发现了最佳的配比。

本发明的发明人还发现，对于本发明这种特定的锂离子电池正极材料，发现需要配合特定的化成方法，才能够使得所得锂离子电池的容量达到最优。本发明的发明人发现，利用磷酸铁锂材料结构稳定性的特征，在首次充电的过程中，控制充电电压和时间，将高镍三元材料中的锂离子完全脱嵌出来，使得高镍三元材料的晶型结构完全塌陷，不参与后面的充放电反应；这些锂离子完全用于弥补磷酸铁锂表面缺少的锂离子，这样就提高了磷酸铁锂正极材料的克比容量，实际过程几乎达到了170mAh/g，也不影响磷酸铁锂材料的其他特性。

本发明第一方面提供一种复合活性材料，其中，该复合活性材料包含磷酸铁锂和高镍三元材料；以所述复合活性材料的总重量为基准，所述磷酸铁锂的含量为85-98重量％，所述高镍三元材料的含量为2-15重量％；所述高镍三元材料的化学式为LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂，其中0x+y≤0.3。

本发明第二方面提供一种锂离子电池复合正极材料，其特征在于，该锂离子电池复合正极材料含有本发明的复合活性材料。

本发明第三方面提供一种锂离子电池正极，其中，该锂离子电池正极由本发明所述的锂离子电池复合正极材料涂敷在正集流体上制成。