[发明专利]一种锂离子电池正极材料及其制备方法和一种锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电池正极材料及其制备方法和一种锂离子电池。 

背景技术

锂离子电池以其能量高、无污染等优点，越来越广泛地用于移动电话、数码相机等便携电子产品中，同时也作为汽车、空间站等大型设备的后备能源，随着其广泛的应用，对其各项性能的要求也不断提高。 

活性材料的开发改进是现有技术研究的重点和难点，现有广泛使用的正极活性材料一般有LiCoO₂等Co系活性材料，但Co有毒，对环境造成了一定的污染，同时随着资源的消耗，价格也越来越昂贵，且LiCoO₂在Li离子脱出时结构为Li1-xCoO₂，当x>0.5时，其结构会发生不可逆变化，循环性能降低明显。同时现有LiCoO₂的实际使用比容量也较低，只有约150 mAh/g，较理论比容量约280mAh/g有较大差距，也不能得到高容量电池。 

现有广泛研究采用价格低、毒性小的Ni、Mn系材料作为锂离子电池的活性材料，特别是性能优良的均具有层状结构Li₂MnO₃与LiMO₂的复合固溶体材料 xLi₂MnO₃yLiMO₂，由于Li₂MnO₃与LiMO₂易于形成结构互溶的固溶体材料，Li₂MnO₃中的Li、Mn混排层就均匀的分布在LiMO₂当中，混排层中的Mn为+4价，在充放电过程中保持价态不变，起到结构支撑作用，使LiMO₂的容量更接近与理论容量，能制备高容量的电池，xLi₂MnO₃yLiMO₂材料性能优异，可逆比容量>250mAh/g，0.3C放电容量>220mAh/g，1C放电容量>190mAh/g。xLi₂MnO₃yLiMO₂此种材料充电至4.8V以上时，其容量可以达到270mAh/g以上，容量高，但xLi₂MnO₃yLiMO₂在高电位下却会发生分解产生O₂，其高电位循环寿命低，使其发展受到了限制，影响了xLi₂MnO₃yLiMO₂材料的实际应用。 

发明内容

本发明为了解决现有技术的高容量高倍率的正极活性物质的容量难以充分发挥，高电位循环寿命低，实际应用受到限制的问题，提供一种在高电位下能够稳定循环的高容量高倍率的锂离子电池正极材料。 

本发明的第一个目的是提供一种锂离子电池正极材料，包括核壳结构复合材料，其中，复合材料的核材料为正极活性物质，复合材料的壳材料为不溶于有机溶剂的聚合物，复合材料的壳为蓬松多孔壳。 

本发明的第二个目的是提供上述锂离子电池正极材料的制备方法，步骤包括：将正极活性物质分散于不溶于有机溶剂的聚合物乳液中，后进行冷冻干燥，得核壳结构复合材料的锂离子电池正极材料。 

本发明的第三个目的是提供一种锂离子电池，包括壳体、位于壳体内部的极芯、密封壳体的盖板及位于壳体内部处于极芯之间的电解液；所述极芯包括正、负极片及位于正负极片之间的隔膜；所述正极片包括正集流体及涂覆在正集流体上的正极材料；所述负极片包括负集流体及涂覆在负集流体上的负极材料；其中，正极材料包含上述正极材料。 

本发明的锂离子电池正极材料，包括核壳结构复合材料，其中，由于壳材料为不溶于有机溶剂的聚合物，能够保证正极活性物质在高电位下的结构稳定性，使正极活性物质在充电时不会产生结构坍塌，而且能否防止物质分解，产生气体，同时能够保证正极活性材料的活性，锂离子的穿插等。能够保证在充分发挥其高容量性能时保证其循环稳定性，同时复合材料的壳为蓬松多孔壳，能保证电解液有相当的浸润效果，保证正极活性物质的高容量高倍率性质得以发挥，锂离子电池性能更加优越。 

本发明采用冷冻干燥的方式在正极活性物质颗粒表面包覆聚合物壳，能快速制备蓬松多孔结构的壳，同时最优保持各物质的性能，且成本低，方法简单易实现。