[发明专利]一种高安全的包覆型高镍三元正极材料、正极极片及锂离子电池

说明书

本发明提供了一种高安全的包覆型高镍三元正极材料，包括：高镍三元正极材料以及包覆于所述高镍三元正极材料表面的包覆层，所述包覆层由包括以下质量百分数的原料制备而成：1％～95％的无机阻燃物；1％～95％的无机相变材料；1％～20％的高导热无机材料。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种高安全的包覆型高镍三元正极材料、正极极片及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池具有高的能量密度和循环效率、低自放电、无记忆效应等优点，在动力电池方面具有广阔的应用前景。目前，许多汽车生产厂家均选择锂离子电池作为电动汽车的动力电源，推出了自己品牌型号的电动汽车。电动汽车作为一种交通工具，其续驶里程、加速性能、安全性能等是大家关注的重点，而这些方面主要取决于动力电池的性能，集中在能量密度、功率密度、循环寿命、安全性等方面。其中，新型电极材料特别是正极材料的研制，对于动力电池的能量密度、循环寿命和安全性至关重要。

从电池能量密度和电动车续航里程来看，含镍(Ni)的三元系优势明显，特别是高镍三元系镍钴铝酸锂/镍钴锰酸锂材料在动力电池上具有广阔的应用前景。Tesla电池技术中高镍三元正极材料与硅碳负极组合得到电芯的能量密度达到了300Wh/kg，代表了高能量密度电池的最新进展，因此高镍三元材料在电动汽车领域具有良好的应用前景。高镍三元具有比容量高(半电池容量≥190mAh/g)、原材料来源丰富、低温性能好等优点，被认为是动力型锂离子电池最具潜力的正极材料之一。但仍存在一些问题，包括：1)充电时表面Li的脱出量更大，导致结构不稳定，生成具有岩盐结构非电化学活性类NiO相；2)由于Ni含量较高，热分解温度降低，放热量增加，材料热稳定性较低；3)与电解液的匹配性变差，易与电解液发生反应，造成Co、Ni离子的溶解，使得循环寿命和存储寿命降低。以上问题导致锂离子电池的循环性能和安全性能变差。尤其安全性能，是关乎高镍三元正极材料能否在动力电源领域广泛应用的关键前提。

因此，表面包覆改性及极片表面涂层成为提高高镍三元正极材料及极片安全性能的有效手段之一。

目前，NCA表面包覆材料通常包括氧化物Al₂O₃、TiO₂、ZrO₂等，或Li₃PO₄、Mn₃(PO₄)₂、LiCoO₂等，如专利CN103151513B一种高性能三元动力电池及其制备方法，其公开了正极活性物质为包覆有Al₂O₃的镍钴锰酸锂的三元材料，该包覆方法有助于改善三元电池的安全性能，但作用相对有限。

专利CN103059613A一种锂离子电池安全涂层及其制备方法，所述锂离子电池安全涂层使用的材料为氢氧化铝，氢氧化钙，氢氧化锆，氢氧化钛，羟基氧化铝，氢氧化镁，碳酸钙，碳酸镁，碳酸氢钙，碳酸氢镁中的一种或者几种的混合，涂层材料除了具有耐热绝缘作用，还有受热分解吸热、晶体结构变化或者粉化和释放出水或者二氧化碳的功能。但这些氢氧化物、碳酸盐的分解温度较高，一般在300℃以上，而对于高镍三元材料来说，临界温度在230℃左右(与镍含量密切相关)，超过该温度则热失控迅速发生，因此，上述材料的吸热作用非常有限，不能有效提高材料和电池的安全性能。

专利CN106450435A一种三元锂离子电池及其制备方法，采用无机阻燃材料制成浆料，涂覆于正极表面制成涂层，其公开了无机阻燃材料为红磷、锑化物、硼化物、铝化物、磷酸铵盐、聚磷酸铵中的一种。该专利主要考虑了阻燃材料形成的涂层对三元材料的防护作用，未对材料本身进行改性，并且单纯依靠阻燃材料形成的涂层在达到良好安全防护效果的同时，势必要大幅提高电池直流内阻，不利用电池综合性能的提升。

因此，仍需寻找一种在保证电池具有更高安全性能的同时还能保持良好电学性能的改性手段。

发明内容