[发明专利]一种正极表面改性材料及其制备方法

说明书

本发明涉及能源材料技术领域，特别是涉及一种正极表面改性材料及其制备方法。所述正极表面改性材料包括依次叠加的正极材料部、掺杂层和包覆层；所述正极材料部包括正极材料；所述掺杂层包括正极材料和掺杂于正极材料中的掺杂元素。本发明将部分化学惰性层转化为表面掺杂，有利于加速锂离子在界面处的迁移。因此，包覆和掺杂的协同效应可以同时大幅提高三元材料的循环稳定性和倍率性能。

技术领域

本发明涉及能源材料技术领域，特别是涉及一种正极表面改性材料及其制备方法。

背景技术

三元材料LiNi_xCo_yMn_zO₂(x+y+z＝1)具有层状结构，可以实现锂离子的嵌入脱出。其相比于钴酸锂具有高能量密度和低成本的优点，是目前产业界热门的锂离子电池正极材料。

现有技术中用化学稳定的薄膜层(如氧化物，氟化物，磷酸化物等)对三元材料表面进行包覆可以一定程度降低材料表面的化学和电化学稳定性，从而一定程度提高三元材料的安全性和循环寿命。在正极材料表面包覆化学稳定层虽然可以在一定程度上提高正极的循环稳定性，但由于其较低的锂离子电导率，会导致材料和电解质界面处的电荷转移电阻加大，严重影响材料的倍率性能。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种正极表面改性材料及其制备方法，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明的一方面提供一种正极表面改性材料，所述正极表面改性材料包括依次叠加的正极材料部、掺杂层和包覆层；所述正极材料部包括正极材料；所述掺杂层包括正极材料和掺杂于正极材料中的掺杂元素。

在本发明的一些实施方式中，所述掺杂层的厚度为0.1-100nm。

在本发明的一些实施方式中，所述包覆层的厚度为0.1-100nm。

在本发明的一些实施方式中，所述掺杂层占正极表面改性材料的质量百分比为0.005％～5％；包覆层占正极表面改性材料的质量百分比为0.005％～5％。

在本发明的一些实施方式中，所述掺杂元素占掺杂层的质量百分比为0.005～15％。

在本发明的一些实施方式中，所述掺杂层的掺杂元素包括Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W中的一种或多种的组合。

在本发明的一些实施方式中，所述包覆层包括氧化物、氟化物中的一种或多种的组合。

在本发明的一些实施方式中，所述氧化物选自过渡金属二元氧化物M_xO_y和/或多元氧化物Li_aM_bO_c；其中M＝Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W；x为1～3；y为1～7；a为1～3；b为1～3；c为1～7。

在本发明的一些实施方式中，所述氟化物选自LiF、过渡金属二元氟化物NFz和/或多元氟化物Li_dNF_f；其中N＝Mg、Al、Zr；z为1～4；d为1～3；f为1～6。

本发明另一方面提供如本发明所述的正极表面改性材料的制备方法，包括：

1)对正极材料表面进行包覆获得化学惰性层；

2)将步骤1)中的化学惰性层进行退火处理获得同时具有掺杂层和包覆层的正极表面改性材料。

在本发明的一些实施方式中，所述步骤1)中，包覆的方法为原子层沉积法。

在本发明的一些实施方式中，所述步骤1)中，原子层沉积法中原子层沉积的圈数为1-100。