[发明专利]锂电池复合正极材料及其制备方法以及一种锂电池正极

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池新材料技术领域，特别是涉及一种锂电池复合正极材料及其制备方法以及一种锂电池正极。

背景技术

基于在消费电子，电动汽车甚至是电网等领域对提高能量密度的需求的驱动下，现代锂离子电池通常被设计为在宽的电化学窗口下去运行以达到最大的能量密度。虽然超越截止电位的极限能够使电池提供更高的能量密度同时提高比容量以及更高的输出电压，但是这也使电池在热力学和动力学稳定性问题上面临更大的挑战。特别是对于层状锂过渡金属氧化物，采用更宽的电化学窗口，虽然容量可以提高但是稳定性却下降了。在材料研究领域，由于不稳定性的问题困扰着电极，电解液以及它们的界面的发展，所以在极端电压下运行将带来巨大的挑战。当电极和电解液接触时，界面会开始产生退化，所以为了保持长久的循环寿命，设计一种稳定的界面层是急需的。在界面处累积的副产物会导致更高的内阻，这最终会导致电池的失效。在正极领域，因为其稳定性已经成为局限电池安全运行几十年的重要因素，因此发展稳定的界面层在近年来变得越来越重要。为了解决这个问题，研究人员采用了许多方法，但是，能够同时满足所有主要需求包括，电化学惰性，化学稳定性，锂离子电导率，高均匀分布的界面层仍然没有出现。

为了解决这一难题，表面包覆技术是目前最广泛应用于高压正极材料的成熟的改性技术。传统的包覆材料选择以金属氧化物，磷酸盐以及氟化物为主，然而当前的包覆技术在均匀性以及可控性上尚存在缺陷，从而无法完全隔离正极材料表面和电解液的接触。ALD包覆技术可以改进材料界面，抑制材料与电解液的副反应，提高循环性能，同时减少材料在反复充放电过程中的材料结构坍塌。包覆材料可以选择但不限于金属氧化物，如Al₂O₃, ZrO₂, TiO₂等钝化界面材料；其他多元材料如LiFePO₃,LiAlF₄等导电介质 。原子层沉积技术是一种新型的表面包覆手段，该技术具有非常高的均匀性以及可控性。近年来原子层沉积技术被广泛应用于锂离子电池正极材料的表面包覆，能够在纳米尺度上很好的保护正极材料，然而之前所报道的原子层包覆技术多限于使用通用配方沉积氧化铝Al₂O₃等材料。原子层沉积的致密性要求包覆材料具有理想的导电性以及导锂性，否则将会完全阻隔电子和离子的迁移，因而虽然在正极材料的稳定性上有明显提升，却会造成容量显著下降。因此，设计并制备专用于锂离子电池电极材料包覆的原子层沉积材料与合成路径尤为关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种锂离子电池正极材料包覆结构的新型材料及其制造方法，在成本增加极低的情况下，可以有效提升材料的电学性能。

为实现本发明的目的，本发明提供了以下技术方案：

锂电池复合正极材料，包括正极材料颗粒，正极材料颗粒为中心核，中心核外面周围包覆有三氧化二镧包覆层，三氧化二镧包覆层外包覆有氧化铈包覆层，中心核的直径为10 nm -10μm。

优选地，所述正极材料为镍钴锰酸锂Li(NiCoMn)O2（NCM），镍钴铝锂（NCA）、磷酸铁铝（LiFePO3）的任一种或以上。

优选地，所述氧化铈包覆层厚度为1-50nm；三氧化二镧包覆层厚度为1-50nm。

进一步优选地，所述氧化铈包覆层厚度为5-30nm；三氧化二镧包覆层厚度为5-30nm。

优选地，所述三氧化二镧包覆层和氧化铈包覆层通过热原子层沉积循环（ALD）包覆在正极材料粉末上。