[发明专利]锂离子电池用氧化接枝前驱体、正极材料及其制法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，主要涉及正极材料及其制备方法，具体涉及锂离子电池用氧化接枝前驱体、正极材料及其制法和应用。

背景技术

锂离子电池由于具有能量密度高、工作电压高、循环寿命长等优点，而被广泛用作各种移动设备的电源，甚至在航空、航天、航海、汽车、医疗设备等领域中逐步取代其他的传统电池。随着国家新能源战略的实施，锂电发展空间更为广阔。

2015年11月工信部正式披露《重点领域技术路线图(2015年版)》，其中节能与新能源汽车成为十大重点发展领域之一，根据《新能源路线图》的规划，2020年中国新能源汽车的销量将达到汽车市场需求总量的5％以上。自主新能源汽车年销量突破100万辆，市场份额达70％以上，打造明星车型，进入全球销量排名前10。2025年我国新能源汽车量的销量占比达到20％左右，与国际先进水平同步的新能源汽车年销量达到300万辆，自主新能源汽车市场份额达到80％以上，产品技术水平与国际同步，拥有两家在全球销量进前十的一流整车企业。其中，新能源汽车的技术方向以锂电纯电动车(BEV)为重点。

锂电纯电动车的核心技术则是二次锂离子电池，其能量密度、安全性以及寿命等性能的改善和提升，对锂电纯电动车发展起至关重要的作用。而在二次锂离子电池中起重要作用的正极材料的性能改善则是锂电发展的关键因素。

锂电纯电动车单车电池耗量较大，因此迫切需要一些价廉易得，性能可靠的锂离子电池用正极材料。以日本丰田产普瑞斯，美国特斯拉公司产的特斯拉电动车、比亚迪公司产E6铁电池电动车等为代表的电动车使用的正极材料主要集中于锂镍钴锰氧，锰酸锂、锂镍钴铝，磷酸铁锂等材料，上述材料有各自不同的优点，但也有其难以克服的缺陷。下表为各正极材料对比：

表1 常用商业化锂离子电池用正极材料性能特点

随着2015年电动车市场的启动，续航里程和安全性要求的提升，电动车用锂电已逐步由以磷酸铁锂、锰酸锂为主的技术路线逐步向以锂镍钴锰氧(三元)为主的技术路线转变。目前已产业化使用的有LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂、LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂、LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂、LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂等类型正极材料，虽然上述材料在一定程度满足对能量密度的需求，但在高温循环性能，低温放电特性以及安全性等方面仍需进一步改善，单一结构材料难以满足电动车综合性能的需求。针对这种情况，行业进行各种技术的研究：

中国专利：ZL 200910110132.9“多晶钴镍锰三元正极材料及其制备方法、二次锂离子电池”的技术特点是将已具完整晶相结构的材料在热力条件下进行复合，完成整体材料的多晶化。

中国专利：ZL 200910189197.7“高锰多晶正极材料及其制备方法动力锂离子电池”的技术特点是对锰酸锂进行多晶化改性，方法为将尖晶石结构的锰酸锂进行多晶化改性。

中国专利(CN200610151753.8)对于汽车用锂离子二次电池提出通在制备材料过程中添加过多的Li₂CO₃,以及提高烧结温度，通过锂盐的熔渣(flux)效应形成不同比例大小搭配的内部层状粒子，从而改善镍钵锰三元材料的低温性能。

中国专利(CN201110149486.1)采用在锂镍钵锰氧上面包覆含有铝/钴的复合氧化物的方法合成复合正极材料。

中国专利(CN201110369316.4)采用将合成的镍钴锰锂材料用氢氟酸酸蚀 颗粒表面形成多孔表面以改善材料的功率性能。

中国专利(CN200710124889.4)采用在磷酸铁锂基础上(9～7:1～3)物理复合含有镍钴锰或镍钴铝锂材料，提高了材料的使用平台和加工性能，并改善了高低温循环性能。