[发明专利]锂离子电池的正极材料及其制备方法

说明书

本发明提出了锂离子电池的正极材料及其制备方法，该锂离子电池包括具有核壳结构，核壳结构的内核由Li_1+xM_1‑x‑y1A_y1C_zO_2‑z形成、外壳由Li_1+xM_1‑x‑y2A_y2C_zO_2‑z形成，其中，M为Ni、Co和Mn中的至少一种，A为掺杂元素，C为包覆元素，‑0.05≤x≤0.1、0≤y1≤0.01、0.03≤y2≤0.05且0≤z≤0.05。本发明所提出的正极材料，通过掺杂和表面包覆改性的方法，可使核壳结构的中心部分材料的Ni的L3/L2比值高于表面部分材料的Ni的L3/L2比值，从而使正极材料具有更高的容量、更好的倍率性能、更长的循环寿命。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体的，本发明涉及锂离子电池的正极材料及其制备方法。

背景技术

目前，便携式电子产品具有小型化及轻量化的趋势，其电源的高性能化及大容量化的必要性日益增大。而电池是通过正极和负极之间的电化学反应来产生电能。所以，电池领域中，最具代表性的是正极和负极中的锂离子在嵌入与脱嵌时化学电位的变化而产生电能的锂二次电池。其中，锂二次电池中采用能进行锂离子可逆的嵌入与脱嵌的材料作正极和负极的材料，而在正极和负极之间注入有机电解液或聚合物。

一般情况，锂二次电池的正极材料采用锂复合金属化合物，例如LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNiO₂等。上述的正极材料中，LiMn₂O₄、LiMnO₂等Mn系正极材料具有易于合成、价格相对便宜、对环境污染小、在过充时与其他正极材料相比热稳定性较好的优点，但是容量较低。虽然，LiCoO₂具有良好的导电性、高电压(3.7V左右)、循环寿命较长、稳定性好、放电容量高的优点，是目前商业化正极材料中具有代表性的正极材料，但是，价格昂贵，占电池成本的30％以上，从而导致其没有价格竞争力。此外，上述正极材料中LiNiO₂具有最高放电比容量，但较难合成，镍含量高的正极材料表面Ni²⁺的分布变多，通过Ni²⁺形成的NiO会导致电池的性能低下，例如电池的循环寿命低、自放电严重、可逆性低的问题，且由于其安全性较差，很难商用化。

发明内容

本发明是基于发明人的下列发现而完成的：

为了解决锂复合金属化合物作为锂离子电池正极材料使用时存在的上述技术问题，本发明的发明人对锂复合过渡金属化合物进行掺杂和外壳包覆的改性方法，从而使正极材料具有容量更高、循环寿命更长、安全性能更好等优良特性。

在本发明的第一方面，本发明提出了一种锂离子电池的正极材料。

根据本发明的实施例，所述正极材料具有核壳结构，所述核壳结构的内核由Li_1+xM_1-x-y1A_y1C_zO_2-z形成、外壳由Li_1+xM_1-x-y2A_y2C_zO_2-z形成，其中，M为Ni、Co和Mn中的至少一种，A为掺杂元素，C为包覆元素，-0.05≤x≤0.1、0≤y1≤0.01、0.03≤y2≤0.05且0≤z≤0.05。

发明人经过研究发现，本发明实施例的锂离子电池的正极材料，通过阴阳离子共掺杂和表面包覆改性的方法，可使核壳结构的中心部分材料的Ni的L3/L2比值高于表面部分材料的Ni的L3/L2比值，即正极材料表面部分Ni的氧化数高于中心部分Ni的氧化数，使正极材料表面结构更稳定，从而提高正极材料的电化学性能。