[发明专利]一种锂二次电池用高镍三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，为解决现有高镍三元材料与电解液的相容性差、循环性能、倍率性能和加工性能差以及安全性差的问题，提供了一种锂二次电池用高镍三元正极材料及其制备方法，所述锂二次电池用高镍三元正极材料包括基材和基材外的复合包覆层，所述基材的化学式为Li_1.02Ni_1‑x‑yCo_xMn_yM_zO₂，所述M选自Al、Mg、Ti、Si中的一种，(1‑x‑y)、x、y、z分别为Ni、Co、Mn、M的摩尔比，其中：0.6≤(1‑x‑y)＜1，0＜x＜0.4，0＜y＜0.4，0＜z≤0.02。本发明的锂二次电池用高镍三元正极材料表面碱度低、具有良好的加工性能、和优异的电化学性能，高安全性，与电解液相容性好，且采用该材料做得成电池循环寿命明显提高、电化学性能优异。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂二次电池用高镍三元正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有高的能量密度和循环效率，高工作电压，低自放电，无记忆效应，在新能源汽车动力电池方面具有广阔的应用前景。目前，商用锂离子电池能量密度不高，限制了新能源汽车的续航里程，从而严重制约了电动汽车的快速发展和全面普及。据预测，动力电池单体能量密度达到300Wh/kg时，一次充电续驶里程可以达到470公里，基本上解决了消费者里程焦虑的问题；当动力电池单体能量密度达到400Wh/kg时，一次充电续驶里程可达628公里，将超过目前大多数燃油汽车单次行驶最高里程，对于乘用车而言平均充电频次也可以大大下降，这势必会极大促进。因此，开发高能量密度动力锂电池意义重大，影响深远。

锂离子电池的能量密度主要取决于正、负极材料的性能，其中传统的正极材料如LiFePO₄、LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂由于比容量太低，已不再应用于纯电动乘用车动力电池。目前市场上主流的三元LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂材料电池能量密度达160～200Wh/kg，而LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.6O₂材料电池能量密度达到230Wh/kg，可见随着镍含量的增高，电池材料的能量密度会明显提高。因此高镍三元材料被认为是未来最有前途的锂离子电池正极材料之一。

虽然随着镍含量的提高，电池材料的比容量有明显的提高，但是随着镍含量的提高，材料内部容易发生Li⁺/Ni²⁺混排，随着循环的进行导致材料结构坍塌，材料电化学性能迅速恶化，同时镍含量的增高会引起材料表面残碱的增大，残余碱容易与空气中的CO₂和H₂O发生反应生成Li₂CO₃和LiOH，在充放电过程中容易与电解液发生副反应，也会导致材料的电化学性能下降，此外高镍三元材料中含有Ni³⁺，Ni³⁺的高氧化性容易与电解液直接发生副反应，从而降低高镍三元材料与电解液的相容性，这些都会严重减低电化学性能，从而导致高镍三元材料的循环性能、倍率性能和加工性能变差，进而影响高镍三元正极材料在锂二次电池中的应用，严重影响高镍三元材料的商业化。

中国专利文献上公开了“一种高镍三元材料的改性方法”，其公开号为CN105914356A，该发明主要通过在三元材料表面包覆氧化铝材料以提高材料的稳定性、循环性能以及与电解液的相容性，但是倍率性能并未得到改善，故该材料应用于动力电源领域存在限制。

中国专利文献上公开了“一种稀土元素掺杂三元材料的改性方法”，其公开号为CN106784787A，该发明主要通过稀土元素在三元材料中的掺杂，来提高材料的稳定性、电化学性能、热稳定性，但是循环性能的改善比较有限，同时采用稀土元素掺杂，生产成本较高，这不利于材料的商业化生产应用。