[发明专利]一种用于包覆高镍三元正极材料的包覆剂及高镍三元正极材料、制备方法和锂离子电池

说明书

本发明涉及高镍三元正极材料技术领域，针对目前高镍三元正极材料的包覆剂包覆效果不佳，对高镍三元正极材料性能提升帮助有限的问题，公开一种用于包覆高镍三元正极材料的包覆剂，该包覆剂为纳米尖晶石型钛酸锂。本发明选用商业化的纳米尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂作为三元材料的包覆剂，由于含有Li元素可以更好地与三元材料相容，形成更牢固的化学键，使得包覆剂易于吸附在微米级三元材料的表面，包覆后的三元材料的形貌完整，包覆均匀，从而提升了三元材料的倍率、循环性能和稳定性。

技术领域

本发明涉及高镍三元正极材料技术领域，具体涉及一种用于包覆高镍三元正极材料的包覆剂及高镍三元正极材料、制备方法和锂离子电池。

背景技术

层状高镍三元锂离子电池正极材料LiNi_l-x-yCo_xMn_yO₂具有较高的能量密度，是目前最有前途的正极材料之一。电池中的氧化还原反应发生在极片/电解液界面，脱锂后的高镍三元材料表面很不稳定，过高的镍含量、过低的钴含量严重影响了电池的循环性能、倍率性能和热稳定性。为了改善高镍三元正极材料的综合性能，科研工作者已经做了大量的掺杂、包覆研究，比如，Al³⁺掺杂、Zr²⁺掺杂、氧化物包覆、磷酸盐包覆等，包覆原理是经过干法混合后烧结，使包覆剂附着在三元材料上。但是目前的研究发现包覆剂并不能均匀、牢固地附着在三元材料上，原因可能是：包覆剂不易与三元材料形成牢固的化学键；包覆剂本身不易分散；包覆剂颗粒太大，不易于附着在三元材料上，包覆后的高镍三元正极材料的性能如循环稳定性等提升有限。

发明内容

针对目前高镍三元正极材料的包覆剂包覆效果不佳，对高镍三元正极材料性能提升帮助有限的问题，本发明目的在于提供一种用于包覆高镍三元正极材料的包覆剂，以形成对高镍三元正极材料的有效包覆，提升高镍三元正极材料制备的电池的循环性能。

本发明的另一目的在于提供一种使用上述包覆剂包覆的高镍三元正极材料。

本发明的再一目的在于提供利用上述包覆剂包覆高镍三元正极材料的方法。

本发明还提供使用上述高镍三元正极材料制备正极的锂电池。

本发明提供如下的技术方案：

一种用于包覆高镍三元正极材料的包覆剂，所述包覆剂为尖晶石型钛酸锂，尖晶石型钛酸锂的粒径为1～100nm。包覆剂Li₄Ti₅O₁₂中由于含有Li元素，可以更好地与三元材料相容，形成更牢固的化学键，采用的是纳米级材料，本身也易于吸附在微米级三元材料的表面，最终达到在三元材料表面形成一层均匀、牢固的保护层的目的。

作为本发明的优选，所述尖晶石型钛酸锂的粒径为10～90nm。通过优化尖晶石型钛酸锂的粒径可以更进一步的提升包覆性能。

作为本发明的优选，所述高镍三元正极材料为Li((Ni_xCo_yMn_z)O₂，其中1/3≤x≤0.8，0.1≤y≤1/3，0.1≤y≤0.4，x+y+z＝1。

一种上述包覆剂包覆的高镍三元正极材料。

一种上述高镍三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)取一定质量比例的高镍三元正极材料和尖晶石型钛酸锂混合均匀制成混合料；

(2)将混合料烧结制备得到尖晶石型钛酸锂包覆的高镍三元正极材料。

作为本发明方法的优选，尖晶石型钛酸锂在高镍三元正极材料中的添加量≤2.0wt％。通过测试研究发现，当尖晶石型钛酸锂的含量更高时，对高镍三元正极材料的性能提升有限，甚至出现下降。