[发明专利]一种高性能核壳结构高镍系材料、其制备方法及在锂离子电池的用途

说明书

本发明公开了一种高性能核壳结构高镍系材料、其制备方法及在锂离子电池的用途。本发明的核壳结构高镍系材料包括均相的内核LiNi_xCo_yM_1‑x‑yO₂和异相的外壳，外壳和内核的元素种类相同，且外壳中Li、Ni、Co、M和O的摩尔比为1:[(x‑0.06)～(x+0.06)]:[(y‑0.04)～(y+0.04)]:(1‑x‑y):2；其中，M为Al、Mn、Ti、Zr、Zn、Fe、Mg、Nb、V、W、Ca、Cr中的一种或至少两种的组合，0.6≤x≤1.0，0.1≤y≤0.4。本发明得到的核壳结构高镍系材料作为正极活性材料制备得到的锂离子电池具有容量高、高低温循环性能优异和安全性较高等优点特性。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，涉及一种核壳结构高镍系材料、其制备方法及用途，尤其涉及一种高性能核壳结构高镍系材料、其制备方法及作为正极活性材料在锂离子电池的用途。

背景技术

随着消费类电子产品的飞速发展，纯电动汽车对续航里程的要求，迫切希望大幅度提高电池的能量密度。凭借高比容量的高镍多元正极材料成为了研究热点。

高镍多元材料中Ni含量的增加可以提高比容量，但材料的循环性能、安全性能有所下降，在实际应用中仍存在一些问题，主要为以下两点：(1)充放电过程中，由于Ni²⁺和Li⁺的半径非常接近，部分Ni²⁺会占据Li⁺的空位，发生离子混排，造成材料的不可逆容量损失；(2)材料中的Ni在高氧化态时(Ni³⁺或Ni⁴⁺)具有很强的不稳定性，高温下会导致材料结构发生改变，并与电解液发生副反应，造成容量衰减。这些不利因素都制约了该类材料产业化发展。

如何改善高镍多元材料的晶体结构，降低不可逆容量损失，提高循环性能、倍率性能、安全性能，现有的技术手段主要包括体相掺杂和表面包覆手段来改善材料。针对体相掺杂，国内外文献专利(比如EP2207227(A1))报道了通过掺杂Mg、Al、Zr和Sn等元素，可以稳定材料的结构，降低阳离子混排程度，比如但是材料的放电比容量有所降低。针对表面包覆，大都采用金属氧化物、磷酸盐、氟化物、脱嵌锂化合物等对高镍正极材料进行电化学性能改善，但因为包覆物的惰性，降低了材料的克容量和导电率，掺杂和包覆都没有从本质上解决高镍材料电化学性能较差的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种核壳结构高镍系材料、其制备方法及用途，尤其涉及一种高性能核壳结构高镍系材料、其制备方法及作为正极活性材料在锂离子电池的用途。本发明的核壳结构高镍系材料增强了高镍多元材料的晶体结构，能够降低不可逆容量损失，改善循环性能、倍率性能和安全性等问题。

本发明所述“高性能核壳结构高镍系材料”中的“高性能”指：该核壳结构高镍系材料在拥有很高的放电比容量的同时在电解液中的稳定性得到了较大的提高，尤其是大电流充放电能力和高低温循环性能，常温1C循环100周的容量保持率在93％以上，45℃高温下1C循环100周容量保持率在95％以上，常温5C下的放电容量在145mAh/g以上。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种核壳结构高镍系材料，尤其是一种高性能核壳结构高镍系材料，所述高镍系材料包括内核和外壳，所述内核是均相材料，所述外壳是异相材料；

所述内核的化学式为LiNi_xCo_yM_1-x-yO₂；所述外壳和内核的元素种类相同，且外壳中Li、Ni、Co、M和O的摩尔比为1:[(x-0.06)～(x+0.06)]:[(y-0.04)～(y+0.04)]:(1-x-y):2；