[发明专利]正极材料和锂离子二次电池

说明书

本申请提供了正极材料和锂离子二次电池。正极材料包括：基体材料以及包覆材料，包覆材料形成在基体材料的至少一部分表面上。包覆材料在100‑400K温度下，热膨胀系数为‑4*10^‑6～4*10^‑6K^‑1。本申请提供的包覆材料包覆的正极材料具有更好的结构稳定性、热稳定性和电化学性能。

技术领域

本申请涉及电池领域，更具体地，涉及正极材料和锂离子二次电池。

背景技术

在锂离子二次电池中，在电解液的作用下，尖晶石型LiMn₂O₄(LMO)中的金属元素易发生溶剂化，从而造成锰离子的溶解，同时也会导致颗粒表面破坏和产气现象的出现，进而影响锂离子二次电池的安全性能，破坏锂离子二次电池的使用寿命，在高温及高截止电压下更为严重，同样的现象也存在于含锂的镍钴锰金属氧化物(NCM)等层状正极材料体系中。

表面包覆工艺被认为是一种简便有效地提高正极材料性能的方法。在LMO表面包覆一层能够导通Li+的界面层而机械隔离电解液与LMO的接触，从而改善LMO的高温存储和循环性能。

然而，在充放电产热/高温条件下，LMO材料的常规包覆层受热膨胀，加速包覆层的机械衰减，从而降低包覆层的机械隔离效果，恶化LMO/电解液界面，加速锰离子溶出，恶化锂离子二次电池的循环及高温性能。

发明内容

本申请提供了包覆材料包覆的正极材料，该包覆材料能够有效降低正极材料脱嵌锂过程中温度升高带来的热膨胀，并且有效减小包覆层的机械衰减，提升正极材料的界面稳定性，同时对电解液的分解和对正极材料的腐蚀起到很好的缓解作用，因而正极材料在高电压下的电化学性能得到改善。

在一些实施例中，本申请提供了一种正极材料，包括：基体材料；以及包覆材料，所述包覆材料形成在所述基体材料的表面的至少一部分上；所述包覆材料在100-400K温度下，热膨胀系数为-4*10^-6～4*10^-6K^-1。

在一些实施例中，所述包覆材料包括TaO₂F、Zn₄B₆O₁₃、ZrMgMo₃O₁₂、CaMn₇O₁₂、Fe[Co(CN)₆]和N(CH₃)₄CuZn(CN)₄中的至少一种。

在一些实施例中，所述包覆材料的质量占所述基体材料与所述包覆材料的总质量的比例为0.05％-10％。

在一些实施例中，所述基体材料包括以下材料中的至少一种：LiMn₂O₄；Li(Ni_xCo_yMn_z)O₂，其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，x+y+z＝1；LiMn_2-aO₄M_a，其中，M为Li、Mg、Zr、Al、Ti、C、La中的至少一种，0a2；Li(Ni_bCo_cMn_d)O₂N_e，其中，N为Mg、Zr、Al、Ti、Ce、La中的至少一种，b+c+d+e＝1。

在另一实施例中，本申请提供了一种制备正极材料的方法，其包括：将包覆材料添加到基体材料中，研磨混合，得到混合材料；对所述混合材料进行烧结，得到所述正极材料；其中，所述包覆材料在100-400K温度下，热膨胀系数为-4*10^-6～4*10^-6K^-1。