[发明专利]一种高镍复合正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种高镍复合正极材料及其制备方法和应用，所述复合正极材料由内核和包覆层组成，所述内核的分子式为LiNi_xM_1‑xO₂，其中，M为Mn、Co或Al中的至少一种，且0.5≤x＜1；所述包覆层为含有‑SO₃H官能团的酸和/或含有‑SO₃H官能团的酸的衍生物，通式为R‑SO₃H。本发明选取含有‑SO₃H官能团的酸和/或含有‑SO₃H官能团的酸的衍生物对高镍正极材料进行包覆改性，解决了表面残碱问题，同时抑制碳酸锂的生成，改善电池在高压充放电过程中的胀气现象。所得高镍正极材料具有优异的存储性能，在较高电压下仍能保持较好的循环稳定性和容量保持率。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种高镍复合正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着新能源汽车的大力发展，锂离子电池产业已经进入快速发展阶段。影响锂离子电池性能的关键材料主要有正极材料、负极材料、电解液等。其中，正极材料是目前限制电池性能的主要因素，同时也是占锂离子电池成本较高的主要因素，接近40％。

高镍正极材料具有较高的比容量和较好的循环性能，是目前发展的主流正极材料。在高镍正极材料中，通过提高材料中镍的含量以有效提高材料的比容量，是三元材料再往前迈进的关键问题。但随着镍含量的升高，材料表面含碱量增大，匀浆和涂布过程中容易吸水造成浆料果冻状。表面包覆技术可以提高正极材料的表面结构稳定性，改善电池高电压下的循环性能，是电极材料领域最为常用和有效的改善手段，将其应用于高镍正极材料，能够有效改善上述问题。

目前关于高镍正极材料的包覆改性国内外已有很多文献和专利报道。Woosuk Cho等采用纳米SiO₂包覆LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂，SiO₂的包覆抑制了循环过程中界面阻抗的增长，减小了HF对材料的影响，材料的高温循环稳定性提高，但是倍率性能有所降低(Cho W,Kim SM,Song J H,et al.Improved electrochemical and thermal properties of nickelrich LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂cathode materials by SiO₂coating.Journal of PowerSources,2015,282:45-50)。Lei Wang等采用水热法制备出SiO₂包覆的Ni_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂前驱体，然后将包覆过的前驱体与Li₂CO₃混合烧结，制备出Li₂SiO₃包覆的LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂，包覆的Li₂SiO₃抑制了电极和电解液表面的副反应(Wang L,Mu D,Wu B,et al.Enhancedelectrochemical performance of lithium metasilicate-coatedLiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂Ni-rich cathode for Li-ion batteries at high cutoffvoltage.Electrochimica Acta,2016,222:806-813)。Longwei Liang等以Na₂SiO₃为包覆源采用碳酸中和反应的方法制备出SiO₂包覆的LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂，材料的材料的高温性能以及倍率性能和长循环下的循环稳定性均有所提高(Liang L,Hu G,Jiang F,etal.Electrochemical behaviours of SiO₂-coated LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂cathode materialsby a novel modification method.Journal of Alloys and Compounds,2016,657:570-581)。