[发明专利]锂离子电池正极材料、其制备方法及锂离子电池

说明书

一种锂离子电池正极材料、其制备方法及含有该正极材料的电池，正极材料颗粒分为致密层、内层和颗粒中心，内层中从致密层向颗粒中心方向M、A元素浓度呈递减趋势，所述M元素为Al、Mg、Ti、Zr、Mn、Ni中的一种或多种，至少一种为Al；所述A元素为F、B、P、N中的一种或多种，至少一种为F。

技术领域

本发明涉及锂离子电池制备领域，特别涉及一种锂离子电池正极材料、其制备方法及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池具有工作电压高、比能量高、循环寿命长、重量轻、白放电少、无记忆效应与性能价格比高等优点，在便携式移动设备、新能源交通工具等领域，锂离子电池也成为了最有竞争力的动力电源。正极材料是锂离子电池关键材料之一，决定着锂离子电池的性能。而限制锂离子动力电池能量密度、功率密度、循环寿命及安全性的最大瓶颈正是在于正极材料技术，因此对正极材料性能的改善是本领域技术人员研究的热点。

目前，商业化的钴酸锂正极材料容量仅有140mAh/g，实际上钴酸锂正极材料的理论容量为274mAh/g，但是却需要在较高电压下(大于4.5V)下才能释放更高的容量。高电压往往引起不可逆的结构变化和严重副反应，这些会造成钴酸锂正极材料在高电压下循环稳定性、倍率性能及热稳定性能变得很差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在高电压下保持结构稳定的高能量密度锂电池正极材料、其制备方法及含有该正极材料的电池。

为实现上述目的，本发明提供一种锂离子电池正极材料，所述正极材料颗粒分为致密层、内层和颗粒中心，所述致密层中均匀富集有M、A元素，所述内层中从致密层向颗粒中心方向M、A元素浓度呈递减趋势，所述颗粒中心中M、A元素浓度不为0且均匀分布，所述M元素为具有掺杂、包覆作用的一种或多种金属元素，所述A元素为具有掺杂包覆作用的一种或多种非金属元素；所述M元素为Al、Mg、Ti、Zr、Mn、Ni中的一种或多种元素，至少一种为Al；

所述A元素为F、B、P、N中的一种或多种元素，至少一种为F。

本发明还提供一种锂离子电池正极材料，所述正极材料颗粒分为致密层、内层和颗粒中心，所述致密层包括表面及表面与内层之间的范围，所述致密层中均匀富集有M、A元素，所述M、A元素的浓度从表面向颗粒中心方向呈递减趋势，所述颗粒中心中M、A元素浓度不为0且均匀分布，所述M元素为具有掺杂、包覆作用的一种或多种金属元素，所述A元素为具有掺杂包覆作用的一种或多种非金属元素，所述正极材料中含有粒径不同的大小颗粒，所述小颗粒表面M元素离子浓度高于所述大颗粒表面M元素离子浓度；

所述M元素为Al、Mg、Ti、Zr、Mn、Ni中的一种或多种元素，至少一种为Al；

所述A元素为F、B、P、N中的一种或多种元素，至少一种为F。

本发明还提供一种上述锂离子电池正极材料的制备方法，其步骤如下：

一次混料：将掺杂或未掺杂M’元素的钴盐、锂化合物混合，或向其中再添加包含M”元素的纳米级添加剂一起混合均匀，并且控制Li/Co在1.00-1.06的范围，控制钴盐粒径D50介于13-16微米，混合均匀得到一次混合料，所述M’元素为Al、Mg、Ti、Mn、Ni中的一种或多种，至少一种为Al。所述M”元素为Al、Mg、Ti、Zr、Mn、Ni中的一种或多种元素，至少一种为Al；

一次烧结：将所述一次混合料进行烧结，所述烧结包括升温至700-900℃，保温烧结H1小时后，继续升温至900-1100℃，保温烧结H2小时得到一次烧结料，所述H1和H2的总和为8-20小时；

一次筛分：将所述一次烧结料进行破碎分级得到不同粒径大小的锂电池正极材料半成品；