[发明专利]一种具有核壳结构的锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种具有核壳结构的锂离子电池正极材料及其制备方法，以及该材料组成的电池。

背景技术

锂离子电池因其具有能量高、电压高、寿命长、无记忆效应、安全性能好、无污染、性价比好、高能量密度等显著的优点，成为近年来高能电池研究领域的热点方向之一。LiCoO₂是商品化锂离子电池最早使用的正极材料，但其较高的成本和过充的不安全因素极大的限制了锂离子电池的进一步应用。因此，寻找比LiCoO₂综合性能更佳的正极材料是目前锂离子电池领域的研究热点。

富镍层状材料和富锂锰基材料具有比LiCoO₂更低廉的价格、更好的热稳定性及更高的容量，因而有望成为LiCoO₂的替代品。但是富镍层状材料和富锂锰基材料存在循环性能差问题，成为制约其发展的主要瓶颈。为了改善上述现象，很多科研人员为此做出了大量的工作，主要是通过对三元材料进行掺杂与表面修饰，但是传统的掺杂或者包覆只能提高材料某一方面的性能，而不能全面的改善该类材料的电化学性能。如对LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂掺杂Al可以提高材料的循环稳定性能但是会降低材料的初始容量；而对其进行Al₂O₃包覆，虽然高倍率放电性能得到一定的改善，但是不能使得材料具有更高的循环比容量。所以，探寻一种制备具有高比容量、高倍率性能、优秀循环能力且适合商业化生产的富镍层状材料和富锂锰层状正极材料的方法，具有重要意义。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于，提供一种具有核壳结构的锂离子电池正极材料；贫镍层状材料包覆在富镍层状材料和富锂锰基材料表面，形成具有核壳机构的复合材料，提高了材料的放电比容量和循环寿命。

本发明的目的之二在于提供所述具有核壳结构的锂离子电池正极材料的制备方法。

本发明的目的之三在于提供包含所述具有核壳结构的锂离子电池正极材料的锂离子电池。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种具有核壳结构的锂离子电池正极材料，所述核层材料为层状LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂和/或zLi₂MnO₃·(1-z)LiMO₂，其中0≤x≤0.5，0≤y≤0.5，0≤x+y≤0.5；

所述壳层材料为层状LiNi_1-a-bCo_aMn_bO₂和/或zLi₂MnO₃·(1-z)LiMO₂，其中

0≤a≤1，0≤b≤1，0.5≤a+b≤1；

所述zLi₂MnO₃·(1-z)LiMO₂中，0≤z≤1，M为Co、Mn、Ni、Ni_1/2Mn_1/2、Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3中的一种或几种组合。

制备所述具有核壳结构的锂离子电池正极材料的方法，包括如下制备步骤：

(1)、内核前驱体制备

①将可溶性Ni盐或Co盐或Mn盐与Li盐，也可Ni盐、Co盐、Mn盐与Li盐一起，按照化学计量比溶于适量的有机醇类溶液中，配制成浓度为0.01～5mol·L^-1的金属盐溶液；

②将草酸溶于有机醇溶液中，配制成浓度为0.01～5mol·L^-1的草酸根溶液；

③搅拌状态下，将金属盐溶液和草酸溶液进行混合；混合方式按照“正加”、“反加”或“并加”三种方式进行，形成共沉淀溶液；其中“正加”方式为：将金属盐溶液放入反应容器内，再加入草酸根溶液；“反加”方式为：将草酸根溶液置于反应容器内，再加入金属盐溶液；“并加”方式为：将草酸根溶液和金属盐溶液同时滴入反应容器内；

④将③中所得的混合溶液共沉淀溶液陈化1～8h后，通过过滤或离心分离后，得沉淀前驱体；

(2)、具有核壳结构的前驱体制备