[发明专利]正极材料、正极极片和锂离子电池

说明书

本发明涉及一种正极材料、正极极片和锂离子电池。本发明的正极材料包括单晶三元低钴材料和钴酸锂，质量比为0.90‑0.99：0.01‑0.10。本发明的正极材料掺混的钴酸锂具有优异的倍率性能，可有效缓解单晶三元低钴材料DCR偏高的问题，少量比例掺混能显著提高锂离子在固相中的传输能力，降低正极极片的膜片电阻，提高电池的DCR和功率性能。此外，混合电极还能兼具钴酸锂高压实的特点，进一步提高极片压实密度，降低极片厚度，提升电池的能量密度。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种正极材料、正极极片和锂离子电池。

背景技术

正极材料在锂离子电池成本中所占的比例超过40％，成为决定锂离子电池成本高低的关键，为了满足锂离子电池降低成本需求，正极材料端朝着少钴或零钴的趋势发展。对于三元正极材料来说，“无钴”化并不是一蹴而就，目前主流方案都是从“少钴”开始推进，中低镍三元材料(Ni含量少于70％)从Co含量20％降低至15％，10％，5％甚至更低。在三元材料中，钴可以稳定材料的层状结构，同时还能提高材料的循环和倍率性能，从目前技术发展来看，还无法找到钴替代的有效方案。

因此，“去钴化”对电池性能具有极大的挑战。相比三元正极多晶材料，单晶或类单晶材料，因为一次颗粒较大，本征锂离子扩散系数较低，倍率性能较差，电池功率性能进一步恶化。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供了一种正极材料、正极极片和锂离子电池。

本发明的目的可以通过以下方案来实现：

第一方面，本发明提供了一种正极材料，所述正极材料包括单晶三元低钴材料和钴酸锂；

作为本发明的一个实施方案，所述单晶三元低钴材料和钴酸锂的质量比为0.90-0.99：0.01-0.10。

作为本发明的一个实施方案，所述单晶三元低钴材料为LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂，0.5≤x≤0.7，0＜y≤0.2。优选的0＜y≤0.15，更优选的0＜y≤0.10。钴酸锂用量过多，材料成本高，违背降本趋势，因此不宜过大。如钴酸锂用量达到15％时，材料成本将会明显升高，相较于本发明中采用2％的用量时，成本会增加7％左右，更重要的是循环寿命也会因钴酸锂高电压钴溶解、表面结构稳定性差等问题而缩短600次。

作为本发明的一个实施方案，所述单晶三元低钴材料的中值粒径为3-5μm。

作为本发明的一个实施方案，所述钴酸锂的中值粒径为3-5μm。两种材料相似的颗粒粒径除了便于生产加工外，还可以保证脱嵌锂均匀性，电芯性能一致性较好。

第二方面，本发明还提供了一种正极极片，所述正极极片包括上述正极材料。

作为本发明的一个实施方案，所述正极极片还包括导电炭黑SP、导电剂CNT和粘结剂PVDF。正极材料、导电炭黑SP、导电剂CNT和粘结剂PVDF的质量比为96-97：1-1.5：0.3-0.8：1-1.5。

第三方面，本发明还提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括上述正极极片。

本发明的正极材料掺混的钴酸锂具有优异的倍率性能，可有效缓解单晶三元低钴材料DCR偏高的问题，少量比例掺混能显著提高锂离子在固相中的传输能力，降低正极极片的膜片电阻，提高电池的DCR和功率性能。此外，混合电极还能兼具钴酸锂高压实的特点，进一步提高极片压实密度，降低极片厚度，提升电池的能量密度。