[发明专利]一种包覆型三元正极材料、其制备方法及其用途

说明书

本发明公开了一种包覆型三元正极材料、其制备方法及其用途，所述包覆型三元正极材料包括三元正极材料及包覆于所述三元正极材料表面的含锂和钽的包覆层。所述制备方法采用钽化合物作为包覆原料对表面含有残碱的三元材料进行包覆，残碱与钽化合物发生反应在三元正极材料表面形成含锂和钽的包覆层，从而得到包覆型三元正极材料，所述残碱包括Li₂CO₃和/或LiOH。采用本发明的制备方法可以在降低残碱、材料溶解性的同时，提升材料的倍率性能和循环性能等电化学性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料领域，涉及一种三元正极材料，尤其涉及一种包覆型三元正极材料、其制备方法及其用途。

背景技术

三元正极材料由于具有比容量高、环境友好和热稳定性好等优点已经广泛应用于电动车和混合电动车等领域。然而限制三元材料应用的瓶颈是其安全性差，安全性差是由于三元材料表面残余的Li₂O跟空气中的CO₂和H₂O反应，生成Li₂CO₃和LiOH，Li₂CO₃易分解生成CO₂气体，导致电池产气膨胀，存在安全隐患。

为了提升三元材料的安全性能和循环稳定性，通常是采用多次洗涤去除残碱，或者通过掺杂、包覆来进行改性，进而提升材料的循环稳定性，减少气体的产生。CN108134069A公开了一种正极材料的复合改性方法，包括：1)对正极材料前驱体进行除杂处理，得到洗净除杂后的正极材料前驱体；2)将步骤1)洗净除杂后的正极材料前驱体与锂源混合；3)烧结，得到正极材料基体；4)将包覆处理的源物质和包覆助剂分散到溶解中溶解，得到分散体系，将步骤3)的正极材料基体加入到分散体系中，搅拌，固液分离，得到包覆固体物质，最后热处理，得到具有包覆处理层的物料；5)对步骤4)所得物料进行洗涤并干燥，得到复合改性的锂离子电池正极材料。该方法可以制备得到具有较好的稳定性的高镍正极材料，经洗涤，在保持结构稳定的同时有效地降低残碱，不造成性能的劣化。但是，多次洗涤在降低残碱的同时必然导致结构稳定性下降，而且工序复杂不利于工业化生产。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种包覆型三元正极材料、其制备方法及其用途。本发明经一步法即可实现降低残碱、材料溶解性，以及减少锂镍混排的目的，而且采用氟化钽包覆能够跟材料表面的自由锂反应生成快离子导体化合物LiTaF₆，有利于锂离子的迁移。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种包覆型三元正极材料，其特征在于，所述包覆型三元正极材料包括三元正极材料及包覆于所述三元正极材料表面的含锂和钽的包覆层。

作为本发明优选的技术方案，所述三元正极材料为高镍三元正极材料。

优选地，所述三元正极材料的化学式为Li_aNi_1-x-y-zCo_xMn_yM_zO₂，其中，1.0≤a≤1.1，0.5≤x≤0.8，0.1≤y≤0.3，0≤z≤0.05，M包括Ca、Ge、In、Mo、Ba或W中的任意一种或至少两种的组合。

此优选技术方案中，1.0≤a≤1.1，例如可取1.0、1.02、1.05、1.08或1.1等；0.5≤x≤0.8，例如可取0.5、0.6、0.65、0.7或0.8等；0.1≤y≤0.3，例如可取0.1、0.15、0.2、0.25或0.3等；0≤z≤0.05，例如可取0、0.01、0.02、0.03或0.05等，所述z取0指不含M。

优选地，1-x-y-z≥0.5。

优选地，0.01≤z≤0.05，通过进行该含量的掺杂，可以进一步改善材料的结构稳定性。