一种锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括正极活性物质，所述正极活性物质包括掺杂有Al、Mg、Ti、Zr、Ni、Mn、Y、La、Sr、W、Sc中的一种或多种元素的钴酸锂颗粒，所述锂离子电池在0％SOC下，所述正极活性物质中锂元素与钴元素的摩尔比为A，所述锂离子电池在100％SOC下，所述正极活性物质中锂元素与钴元素的摩尔比为B，0.62≤A

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池


[0001]本专利技术涉及一种锂离子电池，涉及二次电池


技术介绍

[0002]自锂离子电池从商业化以来，由于它的比能量高、循环性能好，被广泛用于笔记本、手机等数码领域。但是，随着人类对电子设备需求的不断提高，对锂离子电池的能量密度也随之提出了更高的要求，锂离子电池的能量密度与锂离子电池的体积、放电电压平台以及放电容量有很大的关系，因此提升锂离子电池的放电电压平台成为提升能量密度的有效手段之一。
[0003]然而，当锂离子电池充电到4.2V以上时，正极活性物质LiCoO2中的锂离子脱出并形成Li1‑
x
CoO2(0≤x≤0.5)，当充电电压提高至4.4V以上时，更多的锂离子从正极活性物质中脱出，脱出锂离子后的LiCoO2也由六方晶系不断向单斜晶系转变，而转变后的单斜晶系的LiCoO2将不再具有可逆的锂离子脱嵌能力，同时，当锂离子电池的充电电压达到4.4V及以上后，正极活性物质与电解液的副反应也会逐渐加剧，因此，随着充电电压的不断提高，正极活性物质的可逆容量不断降低，导致锂离子电池的循环性能变差，限制了锂离子电池的应用，这也是目前商业应用的正极活性物质钴酸锂的可逆容量远小于其理论容量(274mAh/g)的重要原因之一，因此，如何在高电压下提高锂离子电池的循环性能，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种锂离子电池，用于提高锂离子电池在高电压下的循环性能。
[0005]本专利技术提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括正极活性物质，所述正极活性物质包括掺杂有Al、Mg、Ti、Zr、Ni、Mn、Y、La、Sr、W、Sc中的一种或多种元素的钴酸锂颗粒，所述锂离子电池在0％SOC下，所述正极活性物质中锂元素与钴元素的摩尔比为A，所述锂离子电池在100％SOC下，所述正极活性物质中锂元素与钴元素的摩尔比为B，0.62≤A
‑
B≤0.655。
[0006]本专利技术提供一种锂离子电池，其包括正极活性物质，所述正极活性物质包括掺杂有Al、Mg、Ti、Zr、Ni、Mn、Y、La、Sr、W、Sc中的一种或多种元素的钴酸锂颗粒，对钴酸锂颗粒进行元素掺杂有助于提高正极活性物质的结构稳定性，同时，正极活性物质的结构稳定性还受到充放电制度的影响，当使用一定的充放电制度对包括上述正极活性物质的锂离子电池进行充放电时，在0％SOC下，测试正极活性物质中锂元素与钴元素的摩尔比，记为A，在100％SOC下，测试正极活性物质中锂元素与钴元素的摩尔比，记为B，当0.62≤A
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B≤0.655时，则表明包括该正极活性物质的锂离子电池在该充放电制度下，正极活性物质具有较好的结构稳定性，包括该正极活性物质的锂离子电池具备较好的循环性能，否则，锂离子电池的循环性能无法满足使用需求，需要对正极活性物质或者充放电制度进行相应的调整以满足0.62≤A
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B≤0.655，本专利技术所指的高电压是指锂离子电池的充电截止电压在4.4V以上。
综上，本专利技术提供一种锂离子电池，当所述锂离子电池在0％SOC下，所述正极活性物质中锂元素与钴元素的摩尔比为A，所述锂离子电池在100％SOC下，所述正极活性物质中锂元素与钴元素的摩尔比为B，0.62≤A
‑
B≤0.655时，则说明该锂离子电池在高电压下具有较好的循环性能。
[0007]在一种具体实施方式中，为了提高正极活性物质的结构稳定性，还可以对正极活性物质进行包覆，具体地，所述正极活性物质还包括包覆在所述钴酸锂颗粒至少部分外表面的包覆层，所述包覆层包括金属氟化物、金属氧化物、金属硼酸盐化合物、金属磷酸盐化合物中的一种或多种。
[0008]在具体实施过程中，本领域技术人员可以选择对钴酸锂颗粒进行掺杂，或者同时进行掺杂和包覆，本专利技术主要以对钴酸锂颗粒进行掺杂包覆为例对正极活性物质进行详细阐述，具体地，所述正极活性物质通过如下制备方法制备得到：
[0009]对钴酸锂颗粒进行M元素的掺杂，所述M元素为Al、Mg、Ti、Zr、Ni、Mn、Y、La、Sr、W、Sc中的一种或多种；
[0010]将金属氟化物、金属氧化物、金属硼酸盐化合物、金属磷酸盐化合物中的一种或多种包覆在掺杂有M元素的钴酸锂颗粒的至少部分表面形成包覆层，得到所述正极活性物质。
[0011]本专利技术提供了一种正极活性物质的制备方法，首先对钴酸锂颗粒进行元素掺杂，随后选择合适的包覆材料对掺杂有M元素的钴酸锂颗粒进行包覆得到正极活性物质，以下结合制备过程对正极活性物质进行详细阐述：
[0012]步骤1、对钴酸锂颗粒进行M元素的掺杂具体包括：
[0013]步骤1
‑
1、将钴源、络合剂和含有碳酸根的可溶性碱溶于溶剂中混合并进行反应，得到钴的碳酸盐；
[0014]具体地，所述钴源选自乙酸钴、草酸钴、硝酸钴、硫酸钴、氯化钴、氢氧化钴中的一种或多种，络合剂可以为氨水，氨水的浓度为20％
‑
25％，所述含有碳酸根的可溶性碱选自Na2CO3、NH4HCO3、(NH4)2CO3中的一种或多种，溶剂可以为去离子水，将上述材料溶于水中，钴源的浓度为0.8
‑
3.8mol/L，所述可溶性碱的浓度为0.8
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3.8mol/L，在络合剂的作用下，含有碳酸根的可溶性碱与钴源反应生成钴的碳酸盐沉淀，所述反应的温度为30
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80℃，所述反应的时间为10
‑
20小时；
[0015]步骤1
‑
2、煅烧所述钴的碳酸盐，得到前驱体；
[0016]将钴的碳酸盐在高温下煅烧，得到前驱体，所述煅烧的温度为920
‑
1000℃，所述煅烧的时间为8
‑
12h。
[0017]步骤1
‑
3、将锂源、前驱体、含有M元素的化合物进行混合煅烧；
[0018]将锂源、前驱体、含有M元素的化合物进行混合煅烧，得到掺杂有M元素的钴酸锂颗粒，其中，所述锂源选自氢氧化锂、硝酸锂、碳酸锂、草酸锂、醋酸锂、氧化锂、柠檬酸锂中的一种或多种；所述含有M元素的化合物为M元素的氧化物、氯化物、氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐、硝酸盐、草酸盐、醋酸盐中的一种或多种；
[0019]所述煅烧的温度为900
‑
1050℃，所述煅烧的时间为8
‑
12h。
[0020]步骤2、将金属氟化物、金属氧化物、金属硼酸盐化合物、金属磷酸盐化合物中的一种或多种包覆在掺杂有M元素的钴酸锂颗粒的至少部分表面形成包覆层：
[0021]将金属氟化物、金属氧化物、金属硼酸盐化合物、金属磷酸盐化合物中的一种或多
种与掺杂有M元素的钴酸锂颗粒进行混合煅烧，使包覆材料包覆在钴酸锂颗粒的至少部分表面，得到所述正极活性物质。
[0022]其中，所述金属氟化物选自AlF3、Li3F、MgF中的一种或多种；所述金属氧化物选自本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括正极活性物质，所述正极活性物质包括掺杂有Al、Mg、Ti、Zr、Ni、Mn、Y、La、Sr、W、Sc中的一种或多种元素的钴酸锂颗粒，所述锂离子电池在0％SOC下，所述正极活性物质中锂元素与钴元素的摩尔比为A，所述锂离子电池在100％SOC下，所述正极活性物质中锂元素与钴元素的摩尔比为B，0.62≤A
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B≤0.655。2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极活性物质还包括包覆在所述钴酸锂颗粒至少部分外表面的包覆层，所述包覆层包括金属氟化物、金属氧化物、金属硼酸盐化合物、金属磷酸盐化合物中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的锂离子电池，其特征在于，所述金属氟化物选自AlF3、Li3F、MgF中的一种或多种；和/或，所述金属氧化物选自Al2O3、TiO2、ZrO2、MgO中的一种或多种；和/或，所述金属硼酸盐化合物为AlBO3；和/或，所述金属磷酸盐化合物选自AlPO4、Li3PO4中的一种或两种。4.根据权利要求2所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极活性物质包括Al元素，且所述Al元素的含量不低于3500ppm。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊亚楠，曾家江，于丽秋，童志强，李素丽，
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：