[发明专利]具有纳米铆钉结构的正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有纳米铆钉结构的正极材料及其制备方法，正极材料是由含锂多元过渡金属氧化物一次颗粒组成的二次球形颗粒；所述含锂多元过渡金属氧化物一次颗粒之间通过填隙在它们间隙中的纳米含锂氧化物结合；本发明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，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。

技术领域

本发明涉及锂电池材料技术领域，具体讲是一种具有纳米铆钉结构的正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池相对于传统的铅酸电池、镍氢电池等二次电池有着能量密度高、输出电压高、自放电低、无记忆效应和环境友好等优点而得到了广泛的应用与开发。目前，由于合成技术的限制，含锂多元过渡族金属氧化物材料主要是一次颗粒聚集生长的球形二次颗粒。而这种二次球形材料在长期的电化学循环后，会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，从而导致电池容量过早衰减。

为解决上述问题，专利JP11329504A和EP2571083分别在正极材料的一次颗粒表面包覆乙炔黑和碳纤维，从而可以在二次颗粒破裂时填充裂隙，继续保持正极材料的导电性，从而维持其循环性能。然而，包覆于一次颗粒表面的乙炔黑或碳纤维仅仅是填充于一次颗粒之间，其与一次颗粒间的作用力较小，因此只能在二次颗粒粉化后减小接触内阻，不能很好地抑制二次颗粒的粉化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上现有技术的缺点：提供一种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，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的具有纳米铆钉结构的正极材料及其制备方法。

本发明的技术解决方案如下： 一种具有纳米铆钉结构的正极材料，它是由含锂多元过渡金属氧化物一次颗粒组成的二次球形颗粒；所述含锂多元过渡金属氧化物一次颗粒之间通过填隙在它们间隙中的纳米含锂氧化物结合；

所述含锂多元过渡金属氧化物一次颗粒的化学组成为Li_1+uNi_xCo_yMn_zA_1-x-y-zO_2-μ，其中，-0.2≤u≤0.2， 0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，x+y+z≠0，-0.2≤μ≤0.3；所述A选自Cr、Mg、Ga、Ti、Fe、Cu、Sr、Ca、K、Na、Zn、Al、V、Sc中的一种或多种；

所述纳米含锂氧化物的化学组成为Li_nM_mO_q，其中，n+m×（M的价态）=2q；所述M选自Y、Zr、Nb、Mo、Ta、La、Mo、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Bi、Te、Ba、Hf、Pb、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Ho、Er、Tm、Yb中的一种或多种。

所述纳米含锂氧化物在所述含锂多元过渡金属氧化物一次颗粒之间以填隙相存在，因此，具有纳米铆钉结构的正极材料化学组成可以表示为Li_1+uNi_xCo_yMn_zA_1-x-y-zO_2-μ-Li_nM_mO_q 。

所述含锂多元过渡金属氧化物一次颗粒的粒径为50-1000nm，所述二次球形颗粒的粒径为0.5-50μm。

作为进一步优化，所述含锂多元过渡金属氧化物一次颗粒的粒径为200-700 nm，所述二次球形颗粒的粒径为10-20μm。

所述纳米含锂氧化物在所述含锂多元过渡金属氧化物一次颗粒之间为部分填隙或完全填隙。

作为优化，所述纳米含锂氧化物占整个正极材料的摩尔分数为0.05-15%。