[发明专利]用于锂离子电池的四元正极材料及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明公开了用于锂离子电池的四元正极材料及其制备方法和锂离子电池。所述四元正极材料包括内核和包覆层，所述包覆层形成在所述内核的至少部分表面，所述四元正极材料具有如式(I)所示的组成，Li_xNi_aCo_bMn_cAl_dM_yO₂ (I)式(I)中，1.00≤x≤1.05、0.00≤y≤0.05、0.3≤a≤0.92、0.03≤b≤0.06、0.01≤c≤0.03、0.01≤d≤0.03，a+b+c+d＝1，M为选自第二主族元素、第三主族元素、第四主族元素、第五主族元素、第四副族元素、第五副族元素中的至少之一。该四元正极材料通过在内核中引入掺杂元素并形成包覆层，可以在保持材料高镍容量的同时，提高材料的热稳定性和循环性能。

技术领域

本发明涉及电化学领域，具体而言，本发明涉及用于锂离子电池的四元正极材料及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

锂离子电池因具有高容量和高能量密度被广泛应用于电动汽车、混合动力汽车和储能系统，正极材料作为锂离子电池的核心组成部分之一，对锂离子电池的性能有重大影响。

研究学者发现高镍正极材料因具有高容量、价格低廉的优点，正在逐渐替代LiCoO₂正极材料，但高镍正极材料循环性能较差。为提高电池的该性能，需降低正极材料表面的残余碱含量，否则将导致正极材料在匀浆过程凝胶化，阻碍其工业化应用。此外，电池中的正极材料与电解液接触，正极材料易与电解液发生化学反应，导致正极材料中的过渡金属溶解到电解液中，从而增大正极材料的界面阻抗，降低电池的容量及循环性能。可见，现有的锂离子电池正极材料仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出用于锂离子电池的四元正极材料及其制备方法和锂离子电池。该四元正极材料通过在内核中引入掺杂元素并形成包覆层，可以在保持材料高镍容量的同时，提高材料的热稳定性和循环性能。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种用于锂离子电池的四元正极材料。根据本发明的实施例，所述四元正极材料包括内核和包覆层，所述包覆层形成在所述内核的至少部分表面，所述四元正极材料具有如式(I)所示的组成，

Li_xNi_aCo_bMn_cAl_dM_yO₂(I)

式(I)中，1.00≤x≤1.05、0.00≤y≤0.05、0.3≤a≤0.92、0.03≤b≤0.06、0.01≤c≤0.03、0.01≤d≤0.03，a+b+c+d＝1，M为选自第二主族元素、第三主族元素、第四主族元素、第五主族元素、第四副族元素、第五副族元素中的至少之一。

根据本发明实施例的用于锂离子电池的四元正极材料具有包括内核和包覆层的核壳结构，其内核可由M元素掺杂镍钴锰铝四元材料(NCMA材料)得到，并同时具有包覆层，该四元正极材料整体具有如式(I)所示的组成。该四元正极材料通过在内核中引入掺杂元素并形成包覆层，可以在保持材料高镍容量的同时，提高材料的热稳定性和循环性能。

另外，根据本发明上述实施例的四元正极材料还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，M为选自Mg、Ba、B、Al、Si、P、Ti、Zr、Nb中的至少之一。

在本发明的一些实施例中，M为Al、Zr、B。

在本发明的一些实施例中，M为Al、Ti、Nb。

在本发明的一些实施例中，M为Al、Mg、Ti。