[发明专利]用于锂离子电池阴极的复合材料及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及用于锂离子电池阴极的复合材料及其制备方法和锂离子电池。复合材料包括：基础活性材料Li_1+a(Ni_1‑b‑cCo_bMn_c)O₂，0≤a≤0.5，0≤b≤0.4，0≤c≤0.6，且b+c1；位于活性材料上的涂层，涂层由含有B₂O₃或SnBxO_2+3x/2‑y/2F_y的相构成；0≤x≤5，0y4+3x；相对于活性材料的总量，Sn不大于5重量％，B不大于2重量％。复合材料制备方法：将活性材料与相含有组分和/或相含有组分的前体混合；将所得混合物焙烧。锂离子电池包括含有复合材料的阴极、阳极和设置在它们间的隔膜。本发明的阴极材料在高电压下有稳定的高容量，长循环寿命。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年2月24日提交的编号为No.US62/463,172的美国临时申请的权益，并将该临时申请的内容全部引入作为参考。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种用于锂离子电池阴极的复合材料及其制备方法和电池。

背景技术

许多锂离子电池阴极材料在充电至高于相对金属锂的标准4.2V的电压时能够提供很高的容量。对多数阴极材料而言，充电截止电压越高，能够从单位重量的阴极材料中释放的锂越多。令人遗憾的是，许多阴极材料在这种高充电状态下会与电解液反应，生成损害阴极材料的表面反应产物，并且消耗电解液。这会导致容量损失加速，阻抗增大，极大地缩短在如此高电压下使用这些材料的锂离子电池的寿命。因此，需要提供在高电压下对电解液稳定的高电压阴极材料，从而构造出寿命长、容量大、电压高的锂离子电池。一种提高这些材料的稳定性的方法是将在高电压下对电解液更稳定的相涂覆在阴极活性材料的表面。

通常，这些材料是前过渡金属，后过渡金属和半金属(AlF₃，Al₂O₃等)的氧化物，氟化物或混合氧化物/氟化物。被称为固态锂离子导体(LLTO等)的材料也被用作涂层，并且特别有利于在这些器件中保持良好的C倍率性能。引入涂层通常通过提高电荷转移电阻，电阻或两者来增加电池电阻。除了基于化学和制造目的仔细选择涂层材料之外，涂层材料相对于基础材料的量的优化对于产生具有改进性能的有用电池是关键的。因此，高电压稳定的高容量，长循环寿命的阴极材料是非常需要的。

发明内容

为了克服现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种用于锂离子电池阴极的复合材料，该复合材料包括：

由Li_1+a(Ni_1-b-cCo_bMn_c)O₂表示的基础活性材料，其中，0≤a≤0.5，0≤b≤0.4，0≤c≤0.6，且b+c1；和

位于所述基础活性材料上的涂层，该涂层由含有B₂O₃组分或SnBxO_2+3x/2-y/2F_y组分的相构成；其中，0≤x≤5，0y4+3x；

其中，相对于所述基础活性材料的总量，Sn元素的重量百分比不大于5重量％，B元素的重量百分比不大于2重量％。

优选地，所述涂层由含有组分SnB_xO_2+3x/2-y/2F_y的相构成；其中，0x≤5，0y4+3x；相对于所述基体活性物质的总量，Sn元素的重量百分比为0.2-1.2重量％，更优选为0.2-0.8重量％，进一步优选为0.45-0.75重量％优选为0.6重量％；B元素的重量百分比为0.08-0.5重量％，更优选为0.08-0.16重量％，进一步优选为0.1-0.14重量％，最优选为0.12重量％。