[发明专利]一种复合正极材料、制备方法及锂离子电池

说明书

本发明涉及一种复合正极材料，包括：基础正极材料和包覆在该基础正极材料表面的铝酸镁材料MgAl₂O₄。优选地，所述基础正极材料为镍钴锰三元正极材料LiNi_xCo_yMn_zO₂或镍钴铝三元正极材料LiNi_xCo_yAl_zO₂，其中x+y+z＝1,0x,y,z1。本发明还涉及该复合正极材料的制备方法和锂离子电池。正极材料表面的MgAl₂O₄对内层的正极材料具有保护作用，提高正极材料的热稳定性，从而提高电池的循环稳定性和电池的安全性。

技术领域

本发明涉及一种电池材料技术领域，尤其是一种复合正极材料、其制备方法及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应、对坏境无污染等特点，已经被广泛应用于便携式电子设备和动力汽车上。然而在实际生产和应用中，由于环境的复杂性，锂离子电池的容量和安全性足以成为制约锂离子电池发展的关键因素。

目前商业锂离子电池最广泛使用的正极材料是钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、层状镍钴锰三元正极材料NCM等，钴酸锂是最早实现工业化生产的，但是由于钴资源的价格昂贵，导致材料成本高，且对环境有一定的影响。锰酸锂材料虽然价格低廉，但是其容易发生Jahn-Teller效应，容量低，循环稳定性差。磷酸铁锂的安全性能好，但是其理论容量低，无法满足高能量密度的要求。镍钴锰三元正极材料NCM(LiNi_xCo_yMn_zO₂其中x+y+z＝1,0x,y,z1)充分利用了Ni、Co、Mn三种材料的协同作用，综合了LiNiO₂、LiCoO₂、LiMnO₂三种锂离子电池正极材料的优点，其性能优于单一组分正极材料，被认为是最有发展前景的锂离子电池正极材料。另一种三元正极材料NCA(LiNi_xCo_yAl_zO₂其中x+y+z＝1,0x,y,z1)具有与前述三元正极材料NCM类似的特性。

三元正极材料存在的主要缺陷是高温条件下热稳定性差，具体表现在高温下，正极材料易与电解液发生副反应，导致材料中的氧、金属离子等溶出，结构发生根本性破坏，正极材料热稳定性差，而电池则表现在容量保持率疾速下降。而正极材料的热稳定性是决定电池发生热失控、爆炸的关键因素。当电池内部温度超过200℃时，不仅电池容量保持率快速下降，而且正极材料会与电解液发生剧烈反应并伴随释放热量与产气，甚至发生着火爆炸，存在严重的安全隐患。因此提高三元正极材料的热稳定性，可以极大地改善锂离子电池在高温下的循环稳定性和安全性能。

目前，提高正极材料热稳定性的方法主要是在匀浆的过程中将PTC材料与正极材料、导电剂、粘结剂等混合在一起，这种方法会导致PTC在正极材料表面分布不均，从而引起电池阻值过大、电池局部过热、电池热失控，产生安全隐患。因此，开发出高热稳定性的三元正极材料对锂离子电池性能的改善有极其重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合正极材料，是在现有正极材料的基础上采用具有高热稳定性、高化学稳定性以及高耐腐蚀特性的铝酸镁MgAl₂O₄材料对基础正极材料进行改性，从而改善正极材料的热稳定性，以提高包含该正极材料的电池在高温下的循环稳定性和安全性能。本发明还涉及该复合正极材料的制备方法和锂离子电池。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案包括：

一种复合正极材料，包括：基础正极材料和包覆在该基础正极材料表面的铝酸镁材料MgAl₂O₄。