[发明专利]锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料制备领域，尤其涉及一种锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

在层状含锂过渡金属氧化物材料中，钴酸锂材料目前大都是由一次颗粒组成；而对于含锂多元过渡族金属氧化物材料来说，由于主要采用共沉淀的方法合成相应的氢氧化物或碳酸盐前躯体，之后与易分解的锂盐混合，而后经高温烧结而成，因此该类方法合成的含锂多元过渡族金属氧化物材料一般都由较小的一次颗粒聚集成长为较大的二次颗粒，因此这样的二次颗粒在高压实后以及在长期电化学循环后，很容易沿着一次颗粒间的界面粉化，使得电极材料间的电接触变差，内阻变大，从而导致电池的容量过早衰减。另外，含锂多元过渡族金属氧化物材料还存在严重的安全问题，即在高温情况下脱锂态的含锂多元过渡族金属氧化物材料易分解而释放氧气，从而导致电池着火甚至爆炸等安全问题。

为了解决上述问题，专利JP11329504A和EP2571083(A1)分别公开了在正极材料的一次颗粒表面包覆乙炔黑和纤维碳，从而可以在二次颗粒破裂的时候，乙炔黑或纤维碳填充裂隙，因此正极材料仍然能保持较好的导电性，不至于循环性能太差。然而，包覆于一次颗粒表面的乙炔黑或纤维碳仅仅是填充于一次颗粒之间，由于乙炔黑或纤维碳与一次颗粒间的作用力较小，因此不能很好地抑制二次颗粒的粉化，只能是在二次颗粒粉化后减小接触内阻。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种锂离子电池正极材料及其制备方法，其能有效地抑制锂离子电池正极材料二次颗粒沿一次颗粒之间的界面粉化。

本发明的另一目的在于提供一种锂离子电池正极材料及其制备方法，其能有效控制一次颗粒及二次颗粒的尺寸。

本发明的再一目的在于提供一种锂离子电池正极材料及其制备方法，其在应用于锂离子电池时使得锂离子电池能具有高的比容量、优良的循环性能和安全性能。

为了实现上述目的，在第一方面，本发明提供了一种锂离子电池正极材料，其二次颗粒包括含锂多元过渡族金属氧化物一次颗粒和第二相物质，其中，含锂多元过渡族金属氧化物的化学式为Li_1+εNi_xCo_yMn_zM_1-x-y-zO_2-γA_γ，其中，-0.1<ε<0.1，0<x,y,z<1，1-x-y-z≥0,0≤γ<0.3，M为掺杂的阳离子，A为掺杂的阴离子，M为Na、K、Rb、Cs、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、Ga、In、Ge、Sn、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的一种或多种，A为N、F、P、S、Cl、Se中的一种或多种；第二相物质选自铝（Al）、硼（B）、镁（Mg）、钛（Ti）、硅（Si）、钒（V）、钪（Sc）、铬（Cr）、锶（Sr）、钇（Y）、锆（Zr）、铌（Nb）、钼（Mo）、钌（Ru）、铪（Nf）、钨（W）的氧化物、磷酸盐、硫酸盐、硅酸盐中的一种或者多种；在由一次颗粒形成二次颗粒的过程中，第二相物质形成分布于一次颗粒的表面的第二相物质层且与含锂多元过渡族金属氧化物通过原子相互扩散形成扩散层而使第二相物质层与一次颗粒结合。

为了实现上述目的，在第二方面，本发明提供了一种锂离子电池正极材料的制备方法。

在第一种方式中，根据本发明第二方面的锂离子电池正极材料的制备方法用于制备根据本发明第一方面所述的锂离子电池正极材料，包括步骤：提供含锂多元过渡族金属氧化物一次颗粒；将所述一次颗粒在分散液中进行分散，然后添加第二相物质或第二相物质的前驱物在所述分散液中，使得第二相物质或第二相物质前驱物分布于所述一次颗粒的表面，之后通过造粒合成二次颗粒的前驱物；将二次颗粒的前驱物进行烧结，烧结后得到锂离子电池正极材料的二次颗粒。