[发明专利]一种高温长循环锂离子电池高镍正极材料及其制备方法

说明书

一种高温长循环锂离子电池高镍正极材料及其制备方法。正极材料化学式为Li_1+zNi_1‑x‑yCo_xAl_yNb_zO₂·wNb₂O₅，其中x、y、z、w为摩尔数，0＜x≤0.2，0＜y≤0.1,0＜x+y≤0.2，0＜z≤0.05，0＜w≤0.02且0＜z+w≤0.06，Nb为掺杂元素，Nb₂O₅为高温长循环锂离子电池高镍正极材料的包覆层活性氧化物。该正极材料通过三个步骤制备而成，本发明可大幅度提高锂离子电池高镍正极材料的倍率性能和循环性能，特别在高温长循环大倍率条件下，表现出优异的电化学性能和安全性能。该制备方法简单、成本低廉、操作容易，能大幅度的提高了高镍正极材料的各方面性能，具备较大的商业化潜质。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，特别涉及一种高温长循环锂离子电池高镍正极材料及其制备方法。

背景技术

如今，已商品化的钴酸锂(LiCoO₂)由于钴价格昂贵，安全性较差，能量密度低等缺点，难以在大功率器件和动力电池设备等领域大规模应用。众多研究者将目光投向三元正极材料Li(Ni_xCo_yMn_z)O₂，x+y+z＝1，将其作为下一代主流锂离子电池正极材料。然而，同样具有层状结构的镍基材料LiNi_xCo_yAl_1-x-yO₂ (其中，a、b为摩尔数，0.8≤x≤1，0≤y≤0.2且0.9≤x+y≤1)，其实际可逆容量达200mAh/g，在高能量汽车或动力设备上有广阔的前景。但由于Ni元素的存在，材料在高电位下Ni⁴⁺容易与电解液发生副反应而导致循环性能较差，材料表面会产生大量的锂残渣，极大地影响材料本身的储锂性能；同时，在高温条件下，材料可逆容量衰减加剧，热稳定性较差，阻碍了高镍材料商业化道路的进一步扩大发展。

目前改善三元材料的主要方法为金属元素掺杂或者氧化物、磷酸盐包覆，已有大量的研究证明镁、铝、钒和稀土等元素掺杂和三氧化二铝、氟化锂和磷酸钼等表面包覆可以改善其性能。但是关于减少材料表面锂残渣的产生，减少副反应的发生的方面相关研究较少，还没有较好的解决技术手段，常规金属氧化物、磷酸盐和氟化物包覆过程中都不会与锂残渣反应，材料在循环过程中锂残渣仍会促进电解液的分解。

因此，针对现有技术问题，提供一种合适的表面活性物质既能减少锂残渣的产生，又能促进锂离子的迁移传输，从而提高镍基材料的电化学性能，特别是高温下长循环的电化学性能甚为必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温长循环锂离子电池高镍正极材料及其制备方法，该高温长循环锂离子电池高镍正极材料既能减少锂残渣的产生，又能促进锂离子的迁移传输，在电池的循环性能和倍率性能方面性能良好。

本发明的上述目的之一通过如下技术手段实现：

提供一种高温长循环锂离子电池高镍正极材料，化学式为 Li_1+zNi_1-x-yCo_xAl_yNb_zO₂·wNb₂O₅，其中x、y、z、w为摩尔数，0＜x≤0.2，0＜y ≤0.1,0＜x+y≤0.2，0＜w≤0.02且0＜z+w≤0.06，Nb为掺杂元素，Nb₂O₅为高温长循环锂离子电池高镍正极材料的包覆层活性氧化物。

上述的高温长循环锂离子电池高镍正极材料，通过如下步骤制备而成：