[发明专利]改性高能量密度锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于能源材料领域，具体涉及一种改性高能量密度锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电效率小、无记忆效应、安全性好等突出优势，在生活和生产中有广泛应用，如便携式电子产品、动力电源、储能电站等领域。随着生活水平的提高和技术进步的需求，对锂离子电池的发展也提出很多新的要求，迫切需要开发出能量密度更高、安全性更好的电池。

正极材料作为锂离子电池的核心部分之一，改善和提高正极材料性能是提升锂离子电池性能的关键之一，也是研发的重点。

镍钴锰三元层状材料由于具有较突出的优势，在实际应用中逐渐增多。其中，三元层状富镍材料由于其容量高、倍率性能好、价格低，被认为是最有希望应用于数码产品、混合动力电动车、插电式电动车、纯电动车等动力电池中的正极材料。

由于高镍材料存在表面活性高、镍容易被还原等缺点，目前的采用的改进方法是在材料表面包覆一层惰性物质，例如Al₂O₃、MgO、SiO₂、AlF₃、Ni₃(PO₄)₂、AlPO₄等。目前，大多数包覆方法是针对烧结后材料进行处理。例如，首先制备Ni、Co、Mn的氢氧化物或碳酸盐前驱体，与锂盐混合后烧结，得到镍钴锰三元层状材料，继续在该材料表面沉降或吸附包覆材料对应的氢氧化物、碳酸盐，通过再次煅烧，使氢氧化物或碳酸盐在高温下分解为对应的包覆物质，得到包覆后的正极材料。

包覆的原理主要是减少高镍材料与空气和电解液的直接接触，在电解液中对电极材料危害最大的是H₂O，能与电解液反应生成HF腐蚀电极溶解正极材料中的过渡金属，包覆氧化物后，电解液中微量的HF与氧化物反应生成相应的氟化物沉积在材料表面，继续对正极材料起到保护作用。虽然这种工艺能够形成包覆层，但是由于包覆工艺通常需要将烧结好的高镍材料放在水或有机溶剂中处理，需要增加二次煅烧，且在煅烧过程不可避免的会将少部分晶格中的Ni³⁺还原为NiO，产生局部尖晶石相，引起材料容量降低、循环变差、产气、增加电池安全隐患。此外，目前包覆的方法，包覆量较少，不能形成均匀的包覆层，且包覆层物质没电化学活性，不能具备锂离子脱嵌能力。

因此本领域尚需提供一种新型的正极材料的制备方法，使获得的正极材料核心部分的镍元素不易扩散到表面被还原。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的正极材料及其制备方法，能够有效抑制核心部分镍元素的扩散。

本发明的第一方面，提供一种正极材料，由内向外包含核芯、过渡层、壳层。

在另一优选例中，所述正极材料还包括所述壳层外的保护层。

在另一优选例中，所述壳层为Li_1+xNi_1-y-zCo_yMn_zO₂，其中-0.1≤x≤0.2，0.5≤y+z≤1。

在另一优选例中，0.5≤y≤1，0≤z≤1。

在另一优选例中，所述过渡层选自Al₂O₃、ZrO₂、MgO、SiO₂、ZnO₂、TiO₂、Y₂O₃、LiAlO₂、Li₂ZrO₃中的一种或两种以上的组合。

在另一优选例中，所述核芯为Li_1+rNi_1-s-tCo_sMn_tO₂，其中-0.1≤r≤0.2，0≤s+t≤0.5。

在另一优选例中，0≤s≤0.5，0≤t≤0.5。

在另一优选例中，所述保护层选自Al₂O₃、ZrO₂、MgO、SiO₂、ZnO₂、TiO₂、Y₂O₃、LiAlO₂Li₂ZrO₃中的一种或两种以上的组合。