一种复合正极材料、电极体系及电池制造技术

本发明专利技术公开了一种复合正极材料、电极体系及电池，复合正极材料，其活性物质包括三元材料20％

【技术实现步骤摘要】
一种复合正极材料、电极体系及电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种复合正极材料、电极体系及电池。

技术介绍

[0002]这里的陈述仅提供与本专利技术相关的
技术介绍
，而不必然地构成现有技术。
[0003]随着电动汽车在全球范围内的普及，电动汽车对续航里程的要求也越来越高，相应地对电池的要求也越来越高。面对这些需求，三元正极材料NCM(Li(NixMnyCoz)O2，其中x+y+z＝1)应运而生。与磷酸铁锂、钴酸锂等正极材料相比，NCM三元正极材料具有较高的能量密度，也能提高车辆的续航里程，但是NCM三元材料由于Ni
2+
很难完全被氧化为Ni
3+
，所以制备的含Ni
3+
的正极材料中，通常会含有一定量的Ni
2+
。由于Ni
2+
半径与Li
+
半径非常接近，所以材料中Ni
2+
有可能占据Li
+
位置，而Li
+
也有可能占据Ni
2+
的位置，这就是Li、Ni间的阳离子混排现象。过渡金属离子和锂离子之间发生混排后，由于过渡金属离子会阻碍锂离子的运动，所以阳离子混排会引起材料在可逆容量、首次效率及循环等方面电化学性能的下降。另外，虽然镍元素的含量升高会提高材料的能量密度，但是也会进一步降低材料的稳定性。
[0004]此外，锂离子电池在首次充电过程中，负极表面会形成固态电解质膜(SEI)，SEI膜的形成这个过程会消耗大量的Li
+
，意味着从正极材料脱出的Li
+
部分被不可逆消耗，对应电芯的可逆比容量降低。负极材料特别是硅基负极材料则会进一步消耗Li
+
，造成正极材料的锂损失，降低电池的首次库伦效率和电池容量。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种复合正极材料、电极体系及电池。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种复合正极材料，其活性物质包括三元材料20％
‑
80％，磷酸锰铁锂(LMFP)20％
‑
80％，锰酸锂(LMO)20％
‑
80％和正极补锂剂0.5％
‑
2％，％为质量百分数。
[0008]三元材料与磷酸锰铁锂及锰酸锂电压窗口接近，从颗粒大小看LMO粒径远大于NCM和LMFP，而NCM中位粒径是LMFP的2倍，复合后可以实现正极材料间的大小粒径互相搭配(LMFP填补NCM的空隙，进一步填补LMO的空隙，提高离子扩散效率及材料压实密度)，进而提高正极材料的循环性能及能量密度，也能进一步提高材料的安全性能。锰酸锂的尖晶石结构使其具有高安全性、高倍率性及优异的低温性能，进而提高材料的低温行能。
[0009]Li5FeO4等正极补锂材料的添加能提高锂离子电池的循环性能。
[0010]在一些实施例中，三元材料、磷酸锰铁锂和锰酸锂的质量比为2
‑
4:1
‑
3:4
‑
7。
[0011]优选的，三元材料、磷酸锰铁锂和锰酸锂的质量比为3:2:5。
[0012]在一些实施例中，所述三元材料为单晶613镍钴锰酸锂、5系NCM523、6系NCM622、7系NCM712或8系NCM811。
[0013]在一些实施例中，磷酸锰铁锂中，锰的质量百分数为30％
‑
70％，铁的质量百分数为30％
‑
70％。
[0014]优选的，磷酸锰铁锂中，锰和铁的质量比为4
‑
8:3
‑
5。
[0015]进一步优选的，磷酸锰铁锂中，锰和铁的质量比为6:4。
[0016]在一些实施例中，所述磷酸锰铁锂的表面具有包覆层，包覆层的材料选自软碳、无定形碳或硬碳中的至少一种。
[0017]优选的，包覆层占磷酸锰铁锂的质量百分数为0.5wt％
‑
8wt％。
[0018]在一些实施例中，正极补锂剂选自Li5FeO4、Li2NiO2、Li2MnO2、Li2MnO3、Li5FeO4、Li6CoO4或Li6MnO4中的至少一种。
[0019]在一些实施例中，三元材料的D50为1
‑
15μm；磷酸锰铁锂的D50为0.8
‑
10μm；锰酸锂的D50为1
‑
15μm。
[0020]在一些实施例中，复合正极材料的克容量为150
‑
200mAh/g。
[0021]第二方面，本专利技术提供一种电极体系，包括正极和负极，所述正极的集流体上涂覆所述复合正极材料，负极上涂布的活性层包括石墨与氧化亚硅的混合物层和表面的锂粉涂布层；
[0022]石墨与氧化亚硅的混合物层中，氧化亚硅的质量百分数为5％
‑
20％。
[0023]负极使用石墨和氧化亚硅的混合物，也能进一步提高电池的能量密度；Li5FeO4等正极补锂材料能提高锂离子电池的循环性能，而负极补锂能进一步提高电池的首效及循环性能。
[0024]在一些实施例中，石墨与氧化亚硅的混合物层中，氧化亚硅的质量百分数为5％
‑
15％。
[0025]在一些实施例中，负极上锂粉的涂布量为使N/P由1.13提升至1.3。
[0026]N/P比(Negative/Positive)是在同一阶段内，同一条件下，正对面的负极容量超正极容量的余量。负极上锂粉的涂布量为使N/P由1.13提升至1.3，多出的0.17由锂粉补充。
[0027]在一些实施例中，负极材料的克容量为345
‑
500mAh/g。
[0028]在一些实施例中，所述锂粉涂布层的制备方法为：将锂粉在甲苯或烷烃类溶剂中均匀分散，然后将浆料涂覆在负极极片上，即得。
[0029]在一些实施例中，正极极片的压实密度为3.25g/cm3‑
3.65g/cm3；负极极片的压实密度为1.45g/cm3‑
1.75g/cm3。
[0030]第三方面，本专利技术提供一种锂离子电池，其包括所述电极体系。
[0031]上述本专利技术的一种或多种实施例取得的有益效果如下：
[0032]为改善由于负极不可逆损耗引起的低库伦效率问题，对负极材料极片预锂化及对正极进行补锂可以达到高能量密度的要求。
[0033]正极补锂材料Li5FeO4的工作电压窗口与常规锂离子电池一致，用作锂离子电池正极补锂材料充电容量大，放电容量小，从而补充锂电池首次充放电过程中的Li
+
的损失。此外，正极补锂剂Li5FeO4的加入，可以显著提高锂离子电池的循环寿命。负极补锂能显著的提高材料的首效。
[0034]本专利技术中的正极复合材料，所使用的材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合正极材料，其特征在于：其活性物质包括三元材料20％
‑
80％，磷酸锰铁锂20％
‑
80％，锰酸锂20％
‑
80％和正极补锂剂0.5％
‑
2％，％为质量百分数。2.根据权利要求1所述的复合正极材料，其特征在于：三元材料、磷酸锰铁锂和锰酸锂的质量比为2
‑
4:1
‑
3:4
‑
7；优选的，三元材料、磷酸锰铁锂和锰酸锂的质量比为3:2:5。3.根据权利要求1或2所述的复合正极材料，其特征在于：所述三元材料为单晶613镍钴锰酸锂、NCM523、NCM622、NCM712或NCM811；优选的，磷酸锰铁锂中，锰的质量百分数为30％
‑
70％，铁的质量百分数为30％
‑
70％；优选的，磷酸锰铁锂中，锰和铁的质量比为4
‑
8:3
‑
5；进一步优选的，磷酸锰铁锂中，锰和铁的质量比为6:4。4.根据权利要求1或2所述的复合正极材料，其特征在于：所述磷酸锰铁锂的表面具有包覆层，包覆层的材料选自软碳、无定形碳或硬碳中的至少一种；优选的，包覆层占磷酸锰铁锂的质量百分数为0.5wt％
‑
8wt％。5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁冰冰，请求不公布姓名，朱朋辉，何欢，黄海旭，
申请(专利权)人：安徽得壹能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：