[发明专利]界面稳定多元正极材料及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明涉及锂离子电池领域，公开了一种界面稳定多元正极材料及其制备方法和锂离子电池。该多元正极材料包括基体和包覆在基体表面的包覆层；基体为镍基多元正极材料；包覆层具有式I所示的组成：Lisubgt;3+θ‑j/subgt;Lsubgt;j/subgt;Lasubgt;1‑k/subgt;Qsubgt;k/subgt;(POsubgt;4/subgt;)subgt;2/subgt; 式I；其中，L选自Na和/或K，Q选自Sc、Y、In、Fe、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd和Tb中的至少一种元素，0≤θ＜0.5，0＜j＜1，0≤k＜0.8。该多元正极材料中的包覆层为良好的锂离子导体，有利于锂离子的传输，能够降低锂离子在正极/电解质界面的转移阻抗，提高多元正极材料的倍率性能，将其用于锂离子电池时，使得锂离子电池的电化学性能得到显著改善。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种界面稳定多元正极材料及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

高镍LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂正极材料(简称高镍多元材料)因可逆容量高、成本低等优点被认为是最有希望的下一代锂离子动力电池正极材料，然而该材料还存在界面稳定性差、二次颗粒内部结构衰退等问题。主要是因为高镍多元材料在高度脱锂态时，镍被氧化成+4价，Ni⁴⁺不稳定，容易与电解液发生副反应，导致电解液的消耗和产气问题，而且Ni⁴⁺被还原形成NiO岩盐相，多次循环后的多元材料表面的层状结构往往被岩盐相所替代，从而导致活性物质的损失，也增加了电池的阻抗，对电池的循环性能和安全性能都有重大的影响。

传统的包覆改性方法仅能解决材料在界面稳定性单一方面的问题，比如而常规金属氧化物包覆充当正极材料和电解质之间的物理屏障，提高循环，然而由于金属氧化物包覆层不参与电化学反应，锂离子传导性差，往往造成其包覆的正极材料倍率性能下降。为此，快离子导体包覆引发了极大关注，快离子导体材料包覆既可以充当正极材料和电解质之间的物理屏障，又可以传输锂离子，能够同时提高正极材料的循环寿命和倍率性能。LATP、LLTO快离子导体中含有易被还原的Ti元素，LLZO快离子导体中则表现出较差的空气稳定性。因此，提升高镍多元材料的表面稳定性，维持正极电解质界面锂离子传输结构，减少正极和电解质间的界面副反应，对于提高材料的比容量和稳定性是十分必要的。

相关技术公开了一种低熔点玻璃相包覆正极材料的制备方法，其利用低熔点玻璃相熔点低，热膨胀系数大，包覆物质在熔融状态下具有良好的流动性，能在正极颗粒表面形成较均匀的覆盖效果；低熔点玻璃相成分含硼酸盐、磷酸盐(磷酸盐系包括ZnO-B₂O₃-P₂O₅、B₂O₃-BaO-P₂O₅、ZnO-SnO-P₂O₅、Na₂O-CuO-P₂O₅和SnOP₂O₅中的一种或几种)，在熔融状态下与正极材料表面残余锂反应，降低正极材料表面残余锂；玻璃相相较于晶相来说，结构具有明显的各向同性，不存在明显的晶界，更利于锂离子的迁移与运输；最终，实现在保证正极材料容量发挥与动力学基础上，改善高温产气与循环寿命。但是，多种氧化物形成玻璃相的温度与包覆热处理温度存在不一致的情况，即玻璃相成相的最佳温度与包覆热处理温度不同，无法充分发挥包覆剂的作用；P₂O₅为有毒有害物质，且具有强烈的吸水性和脱水性，在空气中极易潮解，不适合包覆使用；若熔点低，热膨胀系数大，则在实际生产过程中会粘结到一块，不利于流动，难以达到均匀包覆的效果。

发明内容