[发明专利]锂离子二次电池及其复合正极活性材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池领域，尤其涉及一种锂离子二次电池及其复合正极活性材料及制备方法。

背景技术

锂离子二次电池由于具有良好的电化学性能而被广泛应用于各个领域，如手机、电脑、电动工具、电动车等。锂离子二次电池的安全性能是除电化学性能外最重要的性能，其决定了使用锂离子二次电池的设备的安全性以及可靠性，与广大消费者的生命财产安全息息相关。

锂离子二次电池的安全问题主要是各种形式的热失控问题，如内短路点温度升高导致的锂离子二次电池起火爆炸等。

常见的过渡金属氧化物正极活性材料通常具有良好的电化学性能，但是其中绝大多数在高温下会分解释放出氧，在密闭的锂离子二次电池内作为电解液和隔离膜等易燃部件的助燃剂，导致锂离子二次电池燃烧爆炸。

目前，为了解决这个问题，满足安全需求，通常采用安全性好但电化学性能较差的正极活性材料，如磷酸盐系列的正极活性材料（诸如橄榄石结构的磷酸铁锂）。磷酸盐系列的正极活性材料在高温下不会产生大量的氧，从而不会与电解液发生副反应。在密封的锂离子二次电池内部，电解液即使达到燃点，因无氧气的供给故不会使锂离子二次电池发生燃烧爆炸，但当电解液的蒸发气化达到一定程度时会使锂离子二次电池产生膨胀爆炸。通常的解决方式是在锂离子二次电池上设置压力安全阀，以控制锂离子二次电池内的电解液的蒸发气化产生的压力，当锂离子二次电池内的压力超过临界值时，压力安全阀打开，气化的电解液可释放到锂离子二次电池的外部，气化的电解液外喷后，锂离子二次电池内部因电解液的流失而干涸，极片间的离子传递介质消失，进而锂离子二次电池内的反应终止，不会发生燃烧、爆炸进而保证了锂离子二次电池甚至当其在电池组中使用时整个电池组的安全。

但是，磷酸盐系列的正极活性材料电化学性能较差，导致使用磷酸盐系列正极活性材料的锂离子二次电池的倍率性能受到严重的限制，进而限制了其作为动力电池在相关领域的发展。

目前动力锂离子二次电池采用的高电化学性能的正极活性材料，主要有锂镍钴锰氧（NCM）三元材料、锂镍钴铝氧（NCA）等，虽然其具有较高的电化学性能，但安全性能较差，限制了高性能锂离子二次电池的应用。

发明内容

鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种锂离子二次电池及其复合正极活性材料及制备方法，所述锂离子二次电池具有良好的容量密度、倍率性能、循环性能以及存储性能，同时还具有良好的安全性能以及热稳定性。

为了实现上述目的，在本发明的第一方面，本发明提供了一种锂离子二次电池的复合正极活性材料，其由锂钴系列氧化物和磷酸锰锂（LMP）复合而成。所述复合正极活性材料具有填充式结构；所述填充式结构为所述磷酸锰锂（LMP）的一次颗粒填充复合到所述锂钴系列氧化物的二次颗粒的表面缝隙和凹坑中；所述锂钴系列氧化物的化学通式为LiA_xCo_1-xO₂，其中，0≤x<1，A为Ni、Mn、Al、Mg、Ca、Cr、Zr、Mo、Ag、Nb中的至少一种；所述磷酸锰锂（LMP）的化学通式为LiB_yMn_1-yPO₄，其中，0≤y<1，B为Ni、Co、Fe、Al、Ca、Zn、Mg、Mo、Pb、Zr中的至少一种。