[发明专利]高能量密度锂电池正极复合材料的制备方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池，尤其是涉及高能量密度锂电池正极复合材料的制备方法。

背景技术

锂离子二次电池具有比容量高、工作电压高、工作温度范围宽、自放电率低、循环寿命长、无记忆效应、无污染、重量轻、安全性能好等优点，因而广泛应用于手机、数码相机、笔记本电脑等移动设备。随着科技的发展，各种采用锂离子电池的数码产品更新升级速度很快，产品大都趋于便携化、经济化，这就要求锂离子电池产品要向高能量密度、低成本方向发展，近年来以价格昂贵的LiCoO₂正极材料为主的锂电池厂家已经很难降低成本，因此很有必要寻找一种低成本同时具有较高能量密度和维持良好电池性能的正极替代材料。

为了寻找低成本、高能量密度替代LiCoO₂的材料，主要是通过提高材料的压实密度和容量来实现。目前LiCoO₂正极材料是开发最早最成熟的产品，具有压实高，加工性能良好的特点，其缺点是资源短缺，价格昂贵，提高其压实密度的同时会引起其他电性能尤其是循环性能的下降，进一步提高能量密度的空间已经很小。镍基/三元材料（LiNi_xCo_yM_(1-x-y)O₂）具有容量高，循环性能稳定，价格便宜等优点，但是同钴酸锂材料相比，其主要缺点是电导率低和压实密度不高，极大的制约了该材料在高能量密度锂离子电池上的应用。把LiCoO₂和LiNi_xCo_yM_(1-x-y)O₂两种材料按特定比例混合，两种形貌、不同粒径的颗粒互补性使得整体压实密度较高，而由于LiCoO₂的加入，弥补了LiNi_xCo_yM_(1-x-y)O₂的电导率相对较差的缺点，使得混合后的实际克容量比两者按混合比例拟合出的容量也有提高，同时循环性能维持较高的水平，体现出一种协同效应。因此将LiCoO₂和LiNi_xCo_yM_(1-x-y)O₂两种材料混合使用能实现降低成本、提高能量密度的目的。

目前，国内电池厂家的普遍做法是直接把LiCoO₂和LiNi_xCo_yM_(1-x-y)O₂两种材料按一定比例混合，然后加入导电剂、粘结剂、溶剂制成电池正极，这种混合只是简单的将LiCoO₂和LiNi_xCo_yM_（1-x-y）O₂进行混合，由于材料表面残留碳酸锂、氧化锂等杂质对LiCoO₂的导电剂作用有所抑制，因而这种类方法制备出的正极材料的克容量发挥不够高，其数值只是各单体材料本身克容量的拟合值或提高不大。例如将重量比为n：（1-n）的LiCoO₂和LiNi_xCo_yM_（1-x-y）O₂进行简单混合，制备出的正极材料1C克容量C≈n×A+（1-n）×B，其中A为LiCoO₂的1C克容量，B为LiNi_xCo_yM_（1-x-y）O₂的1C克容量，0＜n＜1，LiCoO₂和LiNi_xCo_yM_(1-x-y)O₂的协同效应不能最大程度发挥出来。同时这种直接混合存在制得的浆料及极片加工性能不良，大批量生产时正极浆料及极片一致性不好等问题。

发明内容