[发明专利]一种表面双重包覆的锂离子电池三元材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种表面双重包覆的锂离子电池三元材料及其制备方法。

背景技术

由于环境污染和化石燃料资源日渐匮乏问题突出，以绿色能源取代日益枯竭的化石能源成为各国新能源开发方向。自上世纪90年代商用锂离子电池问世以来，锂离子电池产业在短时间内迅速发展，目前已广泛应用于通信、储能、3C电子产品以及电动汽车等多个领域。当前商用的锂电池材料主要有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料等。其中三元材料具有较高的比容量与能量密度和功率密度、工作电压高并且稳定性好，从而成为商业研究的热门材料。然而，在充电至高电压时，三元材料表面产生的Ni⁴⁺离子会与电解液发生严重的副反应，同时伴随着大量热和氧的释放，从而导致循环性能差和热稳定性降低。此外，新合成的材料表面残留的LiOH或Li₂O容易与空气中的H₂O和CO₂反应形成LiOH和Li₂CO₃，导致高温膨胀进而使得电化学性能和储存性能的下降。因此需要对三元材料进行改性。

包覆是目前科研工作者所采用比较多的一种表面改性方法，材料进行包覆后，形成的保护层可以将材料中的活性物质与电解液隔离开来，从而可以大大降低电极/电解质界面处的副反应，比如，减少过渡金属的析出、形成更薄的表面保护膜、降低氧原子的析出等，从而抑制了材料在充放电过程中的结构破坏，提高了电化学稳定性，延长了循环寿命。已有的包覆方法不容易获得均匀的包覆层和可控的纳米级包覆物质，包覆后的物质与主体材料兼容性不够好或不够稳定，从而导致包覆层容易脱落，包覆效果大打折扣。

公开号为CN107086298A的中国发明专利公开了一种层状富锂锰基与尖晶石锰酸锂构成的核壳异构材料，由于这两种材料结构差异较大，导致包覆效果不佳；而且富锂层状氧化物的结构不稳定，长期循环性能也不能满足需求。公开号为CN104953112A的中国发明专利公开了一种AlF₃包覆多孔球形锂离子电池材料前驱体的制备方法，该方法后续的混锂高温烧结过程会对AlF₃包覆层造成破坏，影响包覆效果，而且前驱体材料与AlF₃层包覆相容性差，导致包覆效果大打折扣。公开号为CN104218233A的中国发明专利公开了一种在镍钴锰酸锂与钴酸锂的混合物表面包覆AlF₃的方法，该方法后续要通过喷雾方法进行干燥，过程较繁琐。

发明内容

针对以上背景技术中提到的不足和缺陷，本发明的目的在于提供一种包覆效果好、化学稳定性好、容量高的表面双重包覆的锂离子电池三元材料，并且还提供一种上述锂离子电池三元材料的制备方法，该制备方法工艺简单、操作可行性高、元素利用率高。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种表面双层包覆的锂离子电池三元材料，包括镍钴锰三元材料，在所述镍钴锰三元材料的表面包覆有富锂层状氧化物包覆层，并且在所述富锂层状氧化物包覆层的表面包覆有氟化铝包覆层。

本发明在锂离子电池镍钴锰三元材料表面包覆富锂层状氧化物，并在富锂层状氧化物包覆层表面包覆氟化铝，形成双层包覆结构。由于富锂氧化物和镍钴锰三元材料均为层状结构，相比于现有的包覆层，本发明的富锂层状氧化物包覆层与镍钴锰三元材料之间兼容性好，结合更为紧密，包覆层不易脱落。本发明通过在富锂层状氧化物包覆层的表面进一步包覆氟化铝，形成双层包覆结构，氟化铝起到活化和保护富锂层状氧化物包覆层的作用，既能充分发挥富锂层状氧化物的高容量特性，又能对富锂层状氧化物包覆层起到很好的保护作用，避免富锂层状氧化物包覆层在循环过程中结构会发生转变，进而提高了复合材料的容量和稳定性。

优选的，所述镍钴锰三元材料为LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂，其中0≤x，y≤1。

优选的，所述富锂层状氧化物为Li[Li_aM_b]O₂，其中a+b＝1，M为Ni、Co、Mn、Al、Ti、Sn、Ru中的一种或几种。