[发明专利]碳-金属氧化物复合包覆的锂电池三元正极材料、其制备方法及锂电池

说明书

本发明提供了一种碳‑金属氧化物复合包覆的锂电池三元正极材料、其制备方法及锂电池。该碳‑金属氧化物复合包覆的锂电池三元正极材料包括：三元正极材料基体；复合包覆物，复合包覆物包括碳‑金属氧化物的复合物。由于复合包覆物包含了碳‑金属氧化物的复合物，综合碳包覆和金属氧化物的各自优势，比如因此利用碳包覆能够有效提高材料的电子导电率和离子扩散系数、减少团聚，同时还能够有效阻止电解液对正极材料的侵蚀，稳定材料的结构，提高了材料的电子电导率、倍率性能、循环性能，因此保证了Li⁺在材料表面的快速传输和电化学活性；无定形金属氧化物包覆减少电极材料与电解液的副反应，提高离子电导性，最大限度的提升了综合性能。

技术领域

本发明涉及锂电池领域，具体而言，涉及一种碳-金属氧化物复合包覆的锂电池三元正极材料、其制备方法及锂电池。

背景技术

近些年，锂离子电池因其高能量密度、快充特性、高安全性和低成本等特点，在电动汽车和储能领域的应用需求激增。锂离子电池发展至今，正极材料已是制约其进一步发展的关键因素。当前商用的锂电池正极材料主要有层状结构的钴酸锂、三元材料、尖晶石结构的锰酸锂以及橄榄石结构的磷酸铁锂。

镍钴锰酸锂三元材料NCM综合了LiCoO₂、LiNiO₂和LiMnO₂三种材料的优点，由于Ni、Co和Mn之间存在明显的协同效应，NCM性能好于单一组分层状正极材料。因NCM拥有较高的比容量、能量密度和功率密度及比较稳定的性能，从而成为商业化正极的热门材料。但NCM的充放电效率较低、与电解液易发生副反应、电子电导率低、阳离子混排、压实密度不高、倍率性能不理想、高温存储和循环性不好等缺陷还需进一步改善，尤其是在高温和高电压的条件下。随着镍含量的提高，这些问题显得尤为突出。因此，对于NCM的改性十分重要。

体相掺杂、表面包覆和改进合成工艺是解决上述问题的有效途径。表面包覆可以有效隔绝电解液和活性电极材料的直接接触，抑制副反应发生，形成更薄的SEI膜，降低氧原子的析出，减少过渡金属在电解液中的溶解，防止颗粒循环过程中的体积膨胀和粉化，有效提高材料的电化学性能。通过筛选合适的包覆材料，锂离子、电子导电性能、热稳定性得到显著地提高，因此得到很好的倍率和循环性能。除此之外，NCM的表面包覆还可以有效地降低高镍三元材料表面残碱含量。相关研究表明，金属氧化物Al₂O₃，TiO₂，ZnO，ZrO₂等可以有效改善NCM的电化学性能，但也会存在包覆不均匀，包覆层非多孔和不导电，影响Li⁺在材料表面的快速传输和电化学活性等劣势。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种碳-金属氧化物复合包覆的锂电池三元正极材料、其制备方法及锂电池，以解决现有技术中金属氧化物包覆三元正极材料影响电化学活性的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种碳-金属氧化物复合包覆的锂电池三元正极材料，包括：三元正极材料基体；复合包覆物，复合包覆物包括碳-金属氧化物的复合物。

进一步地，上述复合包覆物相对于三元正极材料基体的质量比例为0.06～8％，金属氧化物相对于三元正极材料基体的质量比例为0.05～5％。

进一步地，上述金属氧化物中的金属为还原电势小于-0.27V的金属，优选金属选自镁、铝、锆、钛、锌、钡、锶、钒、钕、镉和钇中的任意一种或多种，优选三元正极材料基体具有以下结构通式LiNi_1-x-yCo_xM_yO₂，其中1-x-y≥0.3，M为Mn和/或Al。

根据本发明的另一方面，提供了一种碳-金属氧化物复合包覆的锂电池三元正极材料的制备方法，该制备方法包括：将MOFs与三元正极材料基体混合，形成混合物；在氮气气氛或惰性气氛下，将混合物在300～800℃下进行烧结，得到碳-金属氧化物复合包覆的锂电池三元正极材料。