[发明专利]复合磷酸盐包覆的锂离子电池高镍正极材料及其制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池正极材料的制备技术领域，提供一种复合磷酸盐包覆锂离子电池高镍正极材料及其制备方法；用以克服现有技术加工性能差、对使用环境要求苛刻、循环稳定性差、首圈库伦效率低、以及高温性能急剧下降、安全性和循环寿命不佳的缺点。本发明以偏磷酸钇Y(PO₃)₃作为包覆原材料，通过Y(PO₃)₃与母体材料表面残碱(LiOH、Li₂CO₃)原位反应生成复合多功能磷酸盐包覆层，不仅大大减少了母体材料表面的锂盐残留，改善了加工性能，降低了使用环境要求，增加了正极材料的离子导电性，而且有效抑制相变和界面副反应；使得本发明磷酸锂包覆锂离子电池高镍正极材料具有优异的放电比容量和循环稳定性能，尤其在高温下也能保持较好的电化学性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料的制备技术领域，涉及锂离子电池高镍(摩尔比Ni≥80％)正极材料的包覆改性，具体提供一种复合磷酸盐包覆锂离子电池高镍正极材料及其制备方法。

背景技术

近些年，不可再生能源日益枯竭和全球温室效应等问题都促使人们不断去开发、利用清洁能源；锂离子电池具有能量密度高、重量轻以及绿色环保等优点，越来越受到人们推崇，尤其是用于新能源汽车；发展新能源汽车已经成为全球汽车产业转型发展的主要方向，也是应对气候变化危机、推动绿色能源发展的战略举措。

开发高能量密度锂离子电池已经成为电池行业关注的焦点，其中，正极材料的性能直接决定着锂离子电池的性能。以高镍NCM三元正极材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂、高镍NCA三元正极材料LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂及高镍镍钴二元正极材料LiNi_0.9Co_0.1O₂为代表的层状高镍正极材料因其较低成本和高能量密度而受到越来越多的关注。目前，高镍正极材料仍然存在一些明显缺点，加工性能差，对使用环境要求苛刻，在循环过程中正极材料会发生不可逆相变，副反应增多，同时表面和体相不断产生微裂纹，破坏界面和晶界稳定性；此外，由于残留的锂盐残碱分解会释放二氧化碳，破坏CEI膜并阻塞Li⁺扩散通道，使容量进一步下降；尤其在高温情况下，材料的电化学性能更是急剧下降，导致材料的安全性和循环寿命不佳。

发明内容

本发明的目的在于针对锂离子电池高镍正极材料加工性能差、对使用环境要求苛刻、循环稳定性差、首圈库伦效率低、以及高温性能急剧下降、安全性和循环寿命不佳的缺点，提供一种复合磷酸盐包覆的锂离子电池高镍正极材料及其制备方法。本发明中，以偏磷酸钇Y(PO₃)₃作为包覆原材料，通过Y(PO₃)₃与母体材料表面残碱(LiOH、Li₂CO₃)原位反应生成复合多功能磷酸盐包覆层，不仅大大减少了母体材料表面的锂盐残留，改善了加工性能，降低了使用环境要求，增加了正极材料的离子导电性，而且有效抑制相变和界面副反应；使得本发明磷酸锂包覆锂离子电池高镍正极材料具有优异的放电比容量和循环稳定性能，尤其在高温下也能保持较好的电化学性能；另外还具有合成工艺简单、制造成本低等优点，易实现规模化的工业生产。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种复合磷酸盐包覆的锂离子电池高镍正极材料，其特征在于，所述正极材料由母体材料与包覆于母体材料表面的复合包覆层构成，所述母体材料为高镍(摩尔比Ni≥80％)镍钴二元正极材料、高镍(摩尔比Ni≥80％)NCA三元正极材料或高镍(摩尔比Ni≥80％)NCM三元正极材料，所述复合包覆层为两层结构，其中，内层包覆层为Li₃PO₄，外层包覆层为YPO₄/Y(PO₃)₃复合层；所述复合包覆层的包覆量为0.1～5wt％。