一种正极活性材料及包括该正极活性材料的高电压锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供一种正极活性材料及包括该正极活性材料的高电压锂离子电池，所述正极活性材料是在掺杂型钴酸锂材料的基础上进行多次包覆技术，利用导电剂的高导电性，以及快离子导体类材料的高离子导电性，同时改善了钴酸锂材料的电子电导率和离子电导率，从而改善钴酸锂材料在电池中的低温放电性能，倍率性能以及循环性能，所述正极活性材料还具有较好的稳定性，保证制备得到的电池的安全性，同时制备得到的电池还具有较高的克容量，且适用于高电压锂离子电池。且应用于高电压锂离子电池体系中，能有效的改善正极极片的表面电阻，降低电池的内阻，将正极活性材料装配得到的锂离子电池能明显改善电池的低温放电性能和循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种正极活性材料及包括该正极活性材料的高电压锂离子电池
本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种正极活性材料及包括该正极活性材料的高电压锂离子电池。
技术介绍
高电压数码锂离子电池已经广泛应用在手机、笔记本电脑、平板电脑、蓝牙小电池等3C消费数码领域，其具有高体积能量密度、高储存性能等电化学性能优势，随着钴酸锂材料本身的不断发展。近年来锂离子电池的体积能量密度发展已经快达到材料的极限，直接限制了锂离子电池在高电压数码电池领域的应用。随着消费者对手机或笔记本的轻便化、便携式需求，高体积能量密度的高电压锂离子电池成为一种发展趋势，目前钴酸锂体系的体积能量密度由600-700Wh/L提升至750-800Wh/L；对于正极材料而言，钴酸锂材料充电截止电压不断提升，其克容量发挥不断增加，有利于体积能量密度的贡献。但是，钴酸锂充电截止电压高于4.4V时，钴酸锂材料本身的结构稳定性和电化学性能会变差，主要表现在：1)电化学反应过程中，在活性材料及电解液之间会发生副反应，导致材料的循环稳定性变差，2)活性材料发生相转化，产生尖晶石相，严重者会产生盐岩石相的Co3O4，不利于材料电化学性能的发挥，3)电极表面发生侵蚀副反应，会产生连锁反应，降低电池本身的安全性能。通过现有的包覆和掺杂工艺虽然可以改善钴酸锂材料本身的结构稳定性和电化学性能，但也会影响钴酸锂材料的其它性能，如高掺杂量会降低材料的克容量，高包覆会增加材料的内阻，降低其电子电导率。
技术实现思路
为了改善现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种正极活性材料及包括该正极活性材料的高电压锂离子电池，所述正极活性材料是在掺杂型钴酸锂材料的基础上进行多次包覆技术，利用导电剂的高导电性，以及快离子导体类材料的高离子导电性，同时改善了钴酸锂材料的电子电导率和离子电导率，从而改善钴酸锂材料在电池中的低温放电性能，倍率性能以及循环性能，所述正极活性材料还具有较好的稳定性，保证制备得到的电池的安全性，同时制备得到的电池还具有较高的克容量，且适用于高电压锂离子电池。且应用于高电压锂离子电池体系中，能有效的改善正极极片的表面电阻，降低电池的内阻，将正极活性材料装配得到的锂离子电池能明显改善电池的低温放电性能和循环性能。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种正极活性材料，所述正极活性材料具有核壳结构，所述核为掺杂型钴酸锂，所述掺杂型钴酸锂的化学式为LixCo1-y1-y2-y3Ay1By2Cy3O2；其中0.95≤x≤1.05，0≤y1≤0.1,0≤y2≤0.1，0≤y3≤0.1，A、B、C三种掺杂元素相同或不同，彼此独立地选自Al、Mg、Ti、Zr、Ni、Mn、Y、La、Sr、B、F；所述核表面包覆第一包覆层，在第一包覆层表面包覆第二包覆层，所述第一包覆层材料为快离子导体类材料；所述第二包覆层材料为导电剂。根据本专利技术，所述掺杂型钴酸锂的中值粒径D50为12～20μm。根据本专利技术，所述A、B、C三种掺杂元素相同或不同，彼此独立地选自Al、Mg、Ti，且Al的含量≥1500ppm，Mg和Ti的含量之和<5000ppm。根据本专利技术，所述掺杂型钴酸锂可以采用本领域已知的高温固相法制备得到。根据本专利技术，所述快离子导体类材料选自磷酸钛铝锂、钛酸镧锂、钽酸镧锂、磷酸锗铝锂、三氧化二硼掺杂磷酸锂、锂镧锆氧、镧锆铝锂氧、铌掺杂锂镧锆氧、钽掺杂锂镧锆氧和铌掺杂锂镧锆氧中的一种或几种的组合。根据本专利技术，所述快离子导体类材料的中值粒径D50<4μm，优选中值粒径D50为400-800nm。根据本专利技术，所述第一包覆层的厚度为1-50nm，例如为1nm、2nm、5nm、8nm、10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、50nm。根据本专利技术，所述快离子导体类材料的包覆量为所述正极活性材料总质量的0.01-2wt.％，例如为0.01wt.％、0.02wt.％、0.05wt.％、0.1wt.％、0.2wt.％、0.5wt.％、1wt.％、1.5wt.％、2wt.％。根据本专利技术，所述导电剂选自碳黑、乙炔黑、碳纳米管、单壁碳纳米管、纳米纤维、石墨烯中的一种或多种，优选为石墨烯。根据本专利技术，所述第二包覆层的厚度为1-20nm，例如为1nm、2nm、5nm、8nm、10nm、15nm、20nm。根据本专利技术，所述导电剂的包覆量为所述正极活性材料总质量的0.01-2wt.％，例如为0.01wt.％、0.02wt.％、0.05wt.％、0.1wt.％、0.2wt.％、0.5wt.％、1wt.％、1.5wt.％、2wt.％。本专利技术还提供上述正极活性材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：(1)将掺杂型钴酸锂与快离子导体类材料混合，采用高温固相法进行包覆或采用高速混合熔融法进行包覆，制备得到中间产物；(2)将步骤(1)的中间产物与导电剂接触，进行高速混合，制备得到所述正极活性材料。根据本专利技术，步骤(1)中，所述高温固相法是将掺杂型钴酸锂与快离子导体类材料混合，在空气气氛中200～700℃进行烧结得到中间产物；根据本专利技术，步骤(1)中，所述高速混合熔融法是将掺杂型钴酸锂与快离子导体类材料混合，通过高速研磨介质或高速混料器进行高速混合，物质碰撞产生一定的温度使得快离子导体类材料熔融并包覆在掺杂型钴酸锂表面，得到中间产物；根据本专利技术，步骤(1)中，当所述快离子导体类材料的包覆量≤1wt％时，优选采用高温固相法包覆；当所述快离子导体类材料的包覆量为大于1wt％且小于等于2wt％时，优选高速混合熔融法包覆。根据本专利技术，步骤(2)中，将步骤(1)的中间产物与导电剂浆料接触，所述导电剂浆料是导电剂分散在有机溶剂中形成的浆料。根据本专利技术，步骤(2)中，具体包括如下步骤：将步骤(1)的中间产物与导电剂接触，进行高速混合，混合后将混合浆料烘干，再通过高速研磨介质或高速混料器进行高速混合处理，制备得到所述正极活性材料。本专利技术还提供上述正极活性材料的用途，其用于锂离子电池，特别是高电压锂离子电池。本专利技术还提供一种高电压锂离子电池，其包含正极、负极、非水电解液和隔膜；所述正极包括上述的正极活性材料。根据本专利技术，所述正极还包括导电剂和粘结剂。根据本专利技术，所述负极包括负极活性材料、导电剂和粘结剂，所述负极活性物质材料包括石墨材料或硅材料。其中，所述石墨材料例如为人造石墨、天然石墨等中的一种。其中，所述硅材料例如为Si、SiC和SiOx(0<x<2)中的一种或多种；其中，所述硅材料占石墨材料和硅材料总质量的0-20wt％。根据本专利技术，所述隔膜为本领域已知的隔膜，例如为本领域已知的商业锂离子电池用隔膜。根据本专利技术，所述非水电解液为本领域已知的常规电解液，例如，所述非水电解液中含有有机溶剂，所述有机溶剂选自碳酸乙烯酯(简写为EC)、碳酸二乙酯(简写为DEC)、碳酸丙烯酯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正极活性材料，其中，所述正极活性材料具有核壳结构，所述核为掺杂型钴酸锂，所述掺杂型钴酸锂的化学式为Li

【技术特征摘要】
1.一种正极活性材料，其中，所述正极活性材料具有核壳结构，所述核为掺杂型钴酸锂，所述掺杂型钴酸锂的化学式为LixCo1-y1-y2-y3Ay1By2Cy3O2；其中0.95≤x≤1.05，0≤y1≤0.1,0≤y2≤0.1，0≤y3≤0.1，A、B、C三种掺杂元素相同或不同，彼此独立地选自Al、Mg、Ti、Zr、Ni、Mn、Y、La、Sr、B、F；
所述核表面包覆第一包覆层，在第一包覆层表面包覆第二包覆层，所述第一包覆层材料为快离子导体类材料；所述第二包覆层材料为导电剂。


2.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述掺杂型钴酸锂的中值粒径D50为12～20μm；所述快离子导体类材料的中值粒径D50为400-800nm；
所述A、B、C三种掺杂元素相同或不同，彼此独立地选自Al、Mg、Ti，且Al的含量≥1500ppm，Mg和Ti的含量之和<5000ppm。


3.根据权利要求1或2所述的正极活性材料，其中，所述快离子导体类材料的包覆量为所述正极活性材料总质量的0.01-2wt.％；
所述导电剂的包覆量为所述正极活性材料总质量的0.01-2wt.％。


4.根据权利要求1-3任一项所述的正极活性材料，其中，所述第一包覆层的厚度为1-50nm；所述第二包覆层的厚度为1-20nm。


5.权利要求1-4任一项所述正极活性材料的制备方法，其中，所述方法包括如下步骤：
(1)将掺杂型钴酸锂与快离子导体类材料混合，采用高温固相法进行包覆或采用高速混合熔融法进行包覆，制备得到中...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾家江，李素丽，李俊义，徐延铭，
申请(专利权)人：珠海冠宇电池股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44