[发明专利]一种高镍正极材料和锂离子电池及其制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池领域，特别涉及一种高镍正极材料和锂离子电池及其制备方法。所述高镍正极材料包括基体以及形成于基体表面的双包覆层，所述双包覆层的内层为锂钨氧化物层，外层为锂硼氧化物层。本发明提供的高镍正极材料表面的双包覆层结构只需要一次分步干法混料以及一次一步烧结即可生成，形成条件简单且成本低，更利于在大规模的工业生产中应用，并且这种特定的双包覆层结构能够显著提高锂离子电池的高温循环性能，极具工业应用前景。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，特别涉及一种高镍正极材料和锂离子电池及其制备方法。

背景技术

锂离子电池由于具有优良的性能，因此被广泛应用于便携式移动设备、新能源交通工具、储能等领域。随着应用范围的增加，人们期望开发出具有高能量密度、优异循环性能的锂离子电池。

锂离子电池中最重要的部分是正极材料，正极材料的性能很大程度决定了锂离子电池的性能。为了提升锂离子电池的性能，对正极材料的改善成为了目前研究人员的一个研究重点。

钴酸锂正极材料由于钴含量高，存在着成本过高的问题，因此用成本更低的镍替代钴可以得到高镍正极材料(Ni80％)。高镍正极材料相比于钴酸锂具有更高的容量，因此在实际应用中具有良好的前景。

由于镍含量较高，高镍正极材料的锂镍混排程度较高，需要在制备时加入过量的锂来抑制锂镍混排，因此所得高镍正极材料表面存在大量的残余锂，与空气中的水分和二氧化碳形成表面残余LiOH和Li₂CO₃。在锂离子电池中，正极活性物质表面与电解质直接接触，电解质会与表面的残余锂反应产生气体，从而影响到锂离子电池的安全性能。另外，活性物质的表面与电解质直接接触会腐蚀电解质，对锂离子电池的电化学性能产生影响。

包覆工艺可以在高镍正极材料表面形成包覆层，减少残余锂的同时保护活性材料表面不与电解质直接接触，一定程度上提升了锂离子电池的电化学性能。研究和实际应用表明，采用钨化合物和硼化合物对高镍正极材料进行包覆改性具有良好的效果。

例如，CN107210441B公开了在锂金属复合氧化物中加入钨化合物，从而在锂复合金属氧化物一次颗粒的表面形成钨酸锂包覆层，改善锂离子电池高功率输出的性能。CN108832103A公开了在高镍正极材料表面以喷雾形式喷覆硼酸溶液并煅烧后得到锂硼氧化物包覆正极材料，从而提高锂离子电池的放电容量。CN109891643A公开了在正极活性材料的包覆过程中同时加入硼化合物和钨化合物，虽然该方法可以有效解决只加入硼化合物时所存在的表面残余锂偏高且所得锂离子电池易凝胶化的问题，所得正极活性材料对应的锂离子电池的电化学性能可以得到一定程度的改善，但是高温循环性能较差，仍有待解决。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的锂离子电池高温循环性能较差的缺陷，而提供一种表面具有双包覆层结构的高镍正极材料和锂离子电池及其制备方法，含有该高镍正极材料的锂离子电池具有非常好的高温循环性能。