[发明专利]一种包覆型三元正极材料及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种包覆型三元正极材料及其制备方法和用途。所述包覆型三元正极材料包括三元正极材料及位于其表面的包覆层，所述包覆层的材质选自三元氢氧化物前驱体、二元无钴氢氧化物前驱体及三元碳酸盐前驱体中的至少一种；本发明所述包覆型三元正极材料具有高的容量及优异的循环性能、倍率性能及安全性；本发明所述包覆型三元正极材料采用湿法制备得到，所得包覆层能与三元正极材料间以化学键的形式紧固结合在一起，从而保证经过长循环过后包覆层不会脱离正极材料，且包覆层在三元正极材料表面的包覆更加均匀、包覆层厚度可控、操作简单、成本低、易于批量生产。

技术领域

本发明属于电池材料领域，涉及一种包覆型三元正极材料及其制备方法和用途。

背景技术

在目前的行业发展中，新能源科技成为了社会快速发展的不可或缺的一部分，在众多能源种类中，锂离子电池由于其具有高能量密度、长循环寿命、低成本等优点被广泛应用于5C电子产品、汽车、储能等各个领域中。

在锂离子电池中，正极材料占有整个电芯成本的大概40％，扮演着极其重要的角色。目前行业中研究比较多的正极材料有三元材料、富锂材料、高电压钴酸锂等材料，富锂材料由于没有与之匹配的电解液，所以很大程度上限制了该种材料的发展，三元材料因具有高容量、价格低廉的优点，而得到大量的研究，逐渐占据目前行业中的LiCoO₂正极材料的主导地位，但是，三元正极材料也有其自身的缺点，如高镍三元正极材料循环性能较差、安全性能大幅度降低。这是由于在煅烧正极材料时，未完全反应的锂源与空气中的二氧化碳和水等反应形成LiOH、Li₂CO₃等碱性的锂化合物残留在正极材料表面，所以在锂离子电池循环后期会产生大量气体，且锂的化合物与电解液发生的副反应，在锂离子电池工作中有着严重的安全隐患。

为了解决上述问题，大多数研究者使用包覆的方法，以达到降低正极材料与电解液的副反应的发生、降低产气量、提升循环性能及其寿命等目的。一般使用的包覆剂为金属氧化物、金属氟化物等作为表面包覆层。这种包覆剂及包覆方法一定程度上有效地改善了正极材料上述的一些问题，但是包覆过后其倍率性能、容量、导电性会有所降低，包覆物没有容量可以提供，所以到后期并不能完全解决上述问题；

CN110970604A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；CN109244447A公开了一种包覆型镍钴锰酸锂三元正极材料及其制备方法和应用，该方法为：将镍盐、钴盐和锰盐混合溶于水中形成均相溶液，向均相溶液中加入尿素溶解获得混合溶液；将混合溶液进行水热反应，过滤、洗涤并干燥得到镍钴锰前驱体；向镍钴锰前驱体中加入锂源混合均匀，加热反应并退火后得到镍钴锰酸锂三元正极材料；然后与包覆剂混合后进行烧结得到外层含有包覆剂的镍钴锰酸锂三元正极材料；接着加入BP2000进行球磨，从而制备得到包覆型镍钴锰酸锂三元正极材料；所述包覆剂为氟化铝；上述方案均采用金属氧化物或金属氟化物作为包覆剂并采用干法包覆，其存在包覆不均匀、操作复杂、成本高的问题。

因此，开发一种具有高容量、高安全性和长循环寿命的包覆型三元正极材料及其制备方法仍具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种包覆型三元正极材料及其制备方法和用途。所述包覆型三元正极材料包括三元正极材料及位于其表面的包覆层，所述包覆层的材质选自三元氢氧化物前驱体、二元无钴氢氧化物前驱体及三元碳酸盐前驱体中的至少一种；本发明所述包覆型三元正极材料具有高的容量及优异的循环性能、倍率性能及安全性；本发明所述包覆型三元正极材料采用湿法制备得到，所得包覆层能与三元正极材料间以化学键的形式紧固结合在一起，从而保证经过长循环过后包覆层不会脱离正极材料，且包覆层在三元正极材料表面的包覆更加均匀、包覆层厚度可控、操作简单、成本低、易于批量生产。