[发明专利]改性三元正极材料及其制备方法、锂离子电池

说明书

一种改性三元正极材料及其制备方法、锂离子电池，该改性三元正极材料的通式为LiNi_xCo_yM_1‑x‑yO₂@aLiInO₂，其中，0.8≤x＜1，0＜y＜1，0＜1‑x‑y＜1，M为Mn和/或Al元素，a为偏铟酸锂包覆层的含量，以改性三元正极材料的总重量为基准，0a≤10重量%。本发明还包括改性三元正极材料的制备方法、锂离子电池。本发明之改性三元正极材料具有良好的循环稳定性和倍率性能，而且制备方法操作简易、成本低廉、安全可靠。在此基础上，采用该改性三元正极材料作为正极材料的锂离子电池在放电比容量、循环性能有显著提高，该锂离子电池可应用于动力电池领域。

技术领域

本发明涉及动力电池技术领域，具体涉及一种改性三元正极材料及其制备方法、锂离子电池。

背景技术

锂离子电池具有循环寿命长、无记忆效应、环境友好、自放电率低等优点，具有广泛的应用前景。随着新能源汽车的推广，动力型锂离子电池得到了极大的发展。因此，进一步研究和开发高能量密度、高功率密度的锂离子电池材料已成为当今世界化学、材料、物理以及能源等学科的热点。

为了实现锂离子电池高能量密度以及高功率密度的构想，寻找合适的正极、负极和电解液尤需谨慎。近几年来，碳负极性能在不断的探索中逐步优化，新型负极材料也呈现多元化（如嵌入型、合金型和转换型）发展之势；多功能（高低温型、安全型和高电压型等）、高性能的电解液的研究也取得飞跃的进展。但是，作为锂离子电池中成本最高的关键材料，正极材料已成为锂离子电池能量密度和功率密度进一步提高的瓶颈。因此，正极材料的开发，尤其是低成本、环境友好、高能量密度以及高功率密度的正极材料的开发是未来锂离子电池发展的主要研究方向。

高镍三元正极材料兼具传统正极材料LiNiO₂、LiCoO₂和LiMnO₂三者的优点，拥有更稳定结构和更优异的电化学性能，商业化价值极大。但在实际应用中，高镍三元正极材料依然面临许多问题，如材料吸水性强，储存性能差，严重影响了其工业生产、储存、运输以及电池的制备过程。以电极制作为例，材料在制备浆料时容易吸水结胶，导致机械加工性能变差。除此之外，由于层状的高镍三元正极材料较低的锂离子扩散系数和电子导电系数致使材料的倍率性能仍有待提高。另一方面，高镍三元正极材料在脱嵌锂过程中，Ni⁴⁺与电解液发生副反应，容易发生从层状结构到熔盐结构的相变，导致材料阻抗增大，循环性能恶化。材料在2.7~4.3 V充放电范围内，首次不可逆容量达到30~40 mAh/g甚至更高，效率一般低于85%。综上所述，对高镍三元正极材料的改性处理是十分有必要。