[发明专利]一种复合三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种复合三元正极材料及其制备方法，所述材料具有核壳结构，内核为镍钴锰三元正极材料，分子式为LiNi_xCo_yMn_zO₂，其中0≤x＜1，0≤y＜1，0≤z＜1，且x+y+z＝1；外壳为铌酸盐，分子式为MNbO₃，其中M为Ln、Zn、Zr、Ce或Ti中的至少一种。本发明利用铌酸盐对三元正极材料进行包覆，能够增强三元正极材料的离子和电子传输，有效改善材料的循环和倍率性能，同时有效降低材料残碱含量，提高材料的热稳定性，提升材料的安全性能。制备过程中利用溶胶凝胶法先得到纳米铌酸盐，再热处理进行包覆，工艺简单且易于实现，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及锂离子电池制备领域，具体涉及一种复合三元正极材料及其制备方法。

背景技术

随着电动汽车的快速发展，锂电池得到更广泛使用，锂电池材料发展迅速。电动车更长的续航里程要求锂离子电池具有更高的能量密度。三元材料综合了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂等正极材料的优点，兼具能量密度高、循环寿命较长、安全性较好、成本相对较低等特点。有数据显示，目前中国动力电池正极材料三元占比在30％左右。

三元材料，特别是高镍材料存储过程中容易与外界环境中的CO₂和H₂O反应进而在材料表面生成含锂化合物，此外充电态下高氧化活性的过渡金属离子催化电解液的分解，加速电解液消耗的同时在材料表面生成较厚的固态电解质界面层，这不仅降低了电池安全性能，同时影响材料大倍率和循环性能。为了提高锂电池容量，同时兼顾电池安全性问题，通常通过包覆或表面修饰来稳定材料与电解液接触的界面，提高材料的电化学性能。

CN105047864A公开了一种锆酸锂包覆锂离子电池三元层状正极材料的制备方法，采用水热法包覆或采用常温搅拌法包覆，能够改善包覆层Li₂ZrO₃或Li₄ZrO₄与主相三元正极材料之间的结合强度，并且包覆层厚度均匀，使锂离子电池的倍率性能和循环稳定性获得显著改善，尤其是倍率性能。CN108417783A公开了一种铌锰改性氧化锡包覆的镍钴锰酸锂正极材料及制备方法，采用铌锰改性的氧化锡来包覆三元正极材料能有效的保护材料的表面结构，减少Ni²⁺的产生，有效抑制晶格氧的脱出，提高材料的循环与倍率性能。CN108321367A公开一种双金属氧化物包覆掺氟三元正极材料及其制备方法，含有TiMgO₃氧化物的表面包覆层，形成表面掺杂层和包覆层双层结构，提高正极材料结构稳定，有效提高电池循环性能与高温存储性等性能。

上述方法虽然通过包覆的方法改善了三元正极材料的电化学性能，但仍旧存在一定的局限性，例如三元正极材料中锂离子传输的途径并未得到有效改善，因而其倍率性能的改善是有限的，需要对其进行进一步的改进。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种复合三元正极材料及其制备方法，通过在三元正极材料表面包覆纳米铌酸盐，增强了三元正极材料的离子和电子传输，有效改善了材料的循环和倍率性能。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种复合三元正极材料，所述材料具有核壳结构，内核为镍钴锰三元正极材料，分子式为LiNi_xCo_yMn_zO₂，其中0≤x＜1，0≤y＜1，0≤z＜1，且x+y+z＝1；外壳为铌酸盐，分子式为MNbO₃，其中M为Ln、Zn、Zr、Ce或Ti中的至少一种。