[发明专利]复合包覆改性的锂离子电池正极材料及其制备方法、正极和锂离子电池

说明书

本公开涉及一种复合包覆改性的锂离子电池正极材料及其制备方法、正极和锂离子电池，该正极材料包括核壳结构复合材料，核壳结构复合材料包括内核和包覆在内核表面的壳层，内核为镍钴锰酸锂颗粒，壳层包括第一纳米金属氧化物和第二纳米金属氧化物，第一纳米金属氧化物为纳米氧化钨，第二纳米金属氧化物包括纳米氧化铝、纳米氧化硅、纳米氧化钛、纳米氧化锆和纳米氧化镁中的至少一种，以金属元素计，第一纳米金属氧化物和第二纳米金属氧化物的重量比为1：(0.5～2.0)。该正极材料含有结构稳定的核壳结构复合材料，在离子脱嵌中不易发生结构坍塌，比容量较高，循环性能和倍率性能好；能减少电解液与内核的直接接触，减少副反应，提升电极材料的安全性能。

技术领域

本公开涉及锂离子电池领域，具体地，涉及一种复合包覆改性的锂离子电池正极材料及其制备方法、正极和锂离子电池。

背景技术

生命、环境、能源是人类在21世纪面临的三大全球性问题，尤其是全球性资源短缺日益突出，新型能源的发展显得尤为重要。近年来，新能源汽车凭借其节能减排、便捷环保的优势受到各国政府的高度重视。新能源汽车采用锂离子动力电池作为动力系统，正极材料作为锂离子动力电池的关键组件，其性能的优劣直接影响动力电池的寿命和安全性能。

传统的锂离子动力电池主要采用橄榄石结构的磷酸铁锂，但是磷酸铁锂的能量密度低，限制了其在电动乘用车中的大规模应用。

高镍三元正极材料是α-NaFeO₂层状结构，其实际可逆比容量可以达到200mAh/g或者更高，质量能量密度和体积能量密度优势明显，适合用于对续航里程要求较高的电动乘用车动力电池。但是随着镍含量的升高，镍钴锰酸锂材料锂在高电压下的离子脱嵌过程中易发生相变而导致结构坍塌，造成电池容量衰减且循环性能下降。此外，高镍三元材料在充放电过程中表现出快速的容量衰减和阻抗上升，尤其是充电时材料粒子表面的晶体和电子结构不均匀，粒子表面Li的脱出量更大，导致材料结构不稳定。对于高镍三元正极材料来说，材料结构的不稳定是对电池系统不利的根源，严重影响材料的循环性能和安全性能。

发明内容

本公开的目的是提供一种锂离子电池正极材料，以改善高镍三元正极材料的循环性能、倍率性能及安全性能。

本公开第一方面提供一种锂离子电池正极材料，该正极材料包括核壳结构复合材料，所述核壳结构复合材料包括内核和包覆在所述内核表面的壳层，所述内核为镍钴锰酸锂颗粒，所述壳层包括第一纳米金属氧化物和第二纳米金属氧化物，所述第一纳米金属氧化物为纳米氧化钨，所述第二纳米金属氧化物包括纳米氧化铝、纳米氧化硅、纳米氧化钛、纳米氧化锆和纳米氧化镁中的至少一种，以金属元素计，所述第一纳米金属氧化物和所述第二纳米金属氧化物的重量比为1:(0.5～2.0)。

可选地，所述核壳结构复合材料的平均粒径为8～14μm。

可选地，所述内核为镍钴锰酸锂的二次颗粒，所述镍钴锰酸锂的化学式为Li(Ni_xCo_yMn_1-x-y)O₂，其中0.6≤x≤0.9，0.05≤y≤0.2。

可选地，所述核壳结构复合材料的XRD谱图的(003)衍射峰的峰强度I₀₀₃和(104)衍射峰的峰强度I₁₀₄的比值I₀₀₃/I₁₀₄为1.1≤I₀₀₃/I₁₀₄≤1.5；所述核壳结构复合材料的(104)衍射峰的半峰宽为0.2～0.26。

可选地，所述镍钴锰酸锂颗粒与所述第一纳米金属氧化物和所述第二纳米金属氧化物的重量比为1:(0.0005～0.005):(0.00025～0.0025)。