[发明专利]一种正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于电池材料领域，涉及一种正极材料及制备方法和应用。本发明方法采用激光辐照高镍正极材料，使材料外表面原位生成原位一体的外壳，得到核壳结构的正极材料。本发明克服了现有技术中外来包覆材料带来的热稳定性差以及表面残碱量高等问题，所得正极材料用于锂离子电池中倍率性能好、循环性能好且容量高。

技术领域

本发明属于电源材料制备领域，涉及一种高镍正极材料及其制备方法，以及在锂离子电池中的应用。

背景技术

锂离子电池高镍正极材料因其高容量、低污染、高功率等特点在新能源汽车市场具有巨大的应用前景。但这种材料表面残碱量高，容易吸潮分解，对使用环境要求严苛，往往需要进行表面包覆，以除掉表面残碱。但高镍材料热稳定性差，难以进行二次热加工，材料包覆往往在前驱体阶段完成。

CN108878818A公开了一种核壳结构三元正极材料及其制备方法。该材料是通过共沉淀方法得到镍钴锰氢氧化物前驱体核材料，将低镍含量的镍钴锰碳酸混合溶液继续通过共沉淀得到壳层材料，陈化后得到核壳结构三元正极材料。CN108172799A公开了一种核壳结构锂离子电池的三元正极材料及其制备方法。该材料是将镍盐、钴盐、锰盐、铝盐混合溶液与氨水和氢氧化钠进行并流共沉淀得到镍钴锰的氢氧化物前驱体，通入二氧化碳气体使得镍钴锰前驱体表面形成一层氢氧化铝包覆层，经过滤、洗涤、干燥后加入锂源进行热处理，得到表面包覆有氧化铝的镍钴锰材料。上述方法，由于前驱体烧结过程中所用碱性原料不可避免向外层扩散，因此，表面残碱含量仍然较高。

CN108598400A公开了一种三层核壳结构正极材料、制备方法及锂离子电池。该材料是利用溶胶凝胶法，将氧化铝层和包覆所述氧化铝层的快离子导体层包覆于内核三元正极材料上，在150～180℃溶剂热反应5～20h而得。CN112002904A公开了一种表面具有导电功能区结构的电极材料。在电极基体材料表层的不同位置设置不同功能区，类似于焊接点，不同功能区分别担负导离子和导电子的功能。在电极材料表面的不同位置进行局部功能性修饰，解决了传统技术中多层全包覆或混合全包覆导致电子和离子传导之时相互遮蔽的问题，所得节点作为引流点，不仅更有效提高电化学性能，还能大大降低包覆体在整体中的质量占比，降低非活性材料用量。上述方法虽然能够获得较好效果，但对工艺过程的要求相对较为严格，制备时间久、步骤多。例如上述功能区包覆，要求保证表面有两个或两个以上电子导电区域和离子导电区域，且电子导电区和离子导电区在空间中不能重叠，这对工艺要求极高，而且对包覆体来源也具有极高的要求，即不同电子导电功能区或不同离子导电功能区选择不同材质。

发明内容

发明人经研究发现，采用包覆法解决高镍正极材料热稳定性和表面残碱量高等问题时，包覆材料通常需要额外加入，这样不但需要采用复杂的配料、繁复制备步骤，而且在制备烧结过程中，由于密度不同、物料分布不均匀以及受热膨胀程度差异等的影响，不同材料之间必然产生相容性差的问题，往往会导致全部或局部的核壳分离，核与壳之间存在真空空间，或者核与壳之间仅以分子间的范德华力相结合，电子和离子的迁移需要向真空跃迁，迁移过程耗费大量能量，产生较大的相分离电阻，相分离效果如图1(a)所示。发明人经进一步研究发现，高镍三元正极材料基体为热的不良导体，短时间接受激光辐射，热量仅仅使表面区域发生分解，产生保护层，优选通过迅速降温措施，热量就不会传导进内部，从而不会影响整体性能，由此完成本发明，从而克服了现有技术中外来包覆材料带来的诸多问题。

本发明提供了一种正极材料及其制备方法，以及在锂离子电池中的应用。该正极材料克服了现有技术中外来包覆材料带来的相分离电阻大的问题，以及高镍正极材料存在的热稳定性和表面残碱含量高等问题。