[发明专利]一种锂电正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属二次锂和锂离子电池的正极活性材料技术领域，具体涉及一种高镍材料的碱性控制方法。

背景技术

锂离子电池以其电压高、比能量高、重量轻、体积小、安全性好、环境友好等优点，成为了当今世界的研究热点。锂离子电池在很大程度上满足了便携式电子产品(移动电话、笔记本电脑等) 的发展需求，并逐步被开发运用于电动工具、电动自行车、新能源汽车及储能等领域。目前常用的锂离子电池正极活性材料主要有钴酸锂，镍系材料、锰系材料、富锂锰基材料和橄榄石型磷酸铁锂等。

其中钴酸锂是最早商业化的正极材料之一，但是由于钴资源匮乏，价格昂贵，成本较高，限制了其在新能源汽车和储能等领域上的大规模应用。锰酸锂材料资源丰富，成本低，且无毒，但是其循环寿命短，高温性能差，所以大大限制了其在新能源汽车和储能等领域上的应用。富锂锰基材料不仅首次效率很低，循环过程中电压衰减，倍率性能差，还面临电解液匹配的难题。磷酸铁锂具有较高的可逆容量，资源丰富，价格低廉，循环性能优秀，而且具有很好的安全性能，但其电子导电性很差，也限制了应用。镍系材料主要包括镍钴锰酸锂和镍钴铝酸锂两种，其中镍钴铝酸锂已成功应用在了电动汽车上。镍钴锰为1:1:1的三元材料由于其较高的容量和安全性能也已成功商业化，但仍不能满足新能源汽车对能量密度的要求。为了提高三元材料的能量密度，最直接有效的方法就是提高镍含量，从而发挥出更多的容量。但是随着镍含量的增加，材料的碱性逐渐增大，导致安全性能和循环性能逐渐变差。而且材料碱含量较高，会给电池制作带来诸多问题，如会导致涂覆过程中浆料的凝胶化，方型或袋型电池在高温放置时，会产生大量的气体，造成电池膨胀。

因此，为了解决高镍材料的高碱性问题，提出一种高镍材料的碱性控制方法，使高镍材料在具有高容量高功率的同时还具有较好的安全性能和存储性能，以满足其在新能源汽车和储能领域的使用需求。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种锂电池正极材料，该材料具有较低的碱性。

本发明的另一目的是提供一种上述锂电池正极材料的制备方法，本发明所提供的制备方法使所述正极材料能够安全稳定的生产，并且成本较低。

本发明还提供一种由上述锂电正极材料制备的锂离子电池正极，以及包括该锂离子电池正极的锂离子电池，该电池兼具较高的容量，优异的循环性能和存储性能。

为实现上述目的，本发明提供的一种锂电正极材料，包括含锂氧化物内核和包覆层两个部分，其中包覆层被设置于含锂氧化物内核的表面的至少一部分上，该包覆层能够吸收或与材料表层的部分残碱反应，并将锂电材料表面的剩余残碱以及晶格中的残碱包覆起来，避免或减少了残碱在锂电池充电初期的氧化反应，进而避免或减少了锂电正极材料与电解液之间的副反应，从而改善材料的稳定性，使其具有更高的放电容量、较好的循环性能和存储性能。对于高镍锂电正极材料，减缓了其对操作环境湿气的敏感性，使高镍锂电正极材料可以在环境相对湿度较高的情况下仍可使用，并且不会出现因残碱和湿度造成电池溶胀问题，也不会使电池制作中浆料的稳定性变差。

上述锂电正极材料，包括内核和包覆层，所述内核为含锂复合氧化物颗粒，具有下列化学式表示其平均组成：LiNi_aCo_bM_cN_1-a-b-cO₂

其中，M表示Mn或者Al，N表示选自Mg、V、Zn、Ti、Al、Cr、Zr、Nb及Ga中的至少一种元素， a、b、c满足下列关系：0≤a≤1，0≤b≤1，0≤c≤1。

优选的，上述的含锂复合氧化物颗粒内核可以是单一或掺杂改性的镍钴锰或镍钴铝等三元材料等。

优选的，0.5≤a≤1。

优选的，0≤b≤0.3。

优选的，0≤c≤0.3。

上述的锂电正极材料中，含锂复合氧化物颗粒内核的中位径D₅₀的范围为2.5μm~20μm。

优选的，含锂复合氧化物颗粒内核的中位径D₅₀的范围为3.0~15μm。

上述锂电正极材料中，所述包覆层位于内核表面的至少一部分上，该包覆层中包括Al、Be、S、Ca、Si、Fe、P、C、Zr、B、N、Ca和Mg中至少一种元素的化合物。

优选的，含上述元素的化合物为含该元素的纳米粉末、溶胶、悬浮液或溶液。