[发明专利]一种长循环寿命锂蓄电池用三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及三元正极材料，公开了一种长循环寿命锂蓄电池用三元正极材料及其制备方法，其以氧化铝前驱体溶液作为壳层中氧化铝的来源，氧化铝前驱体溶液加入三元材料和无机固态电解质微晶，再加入氨水、加热搅拌形成凝胶，再进一步烧结后得到三元正极材料的粉体，其颗粒包括内核和壳层，内核为镍钴锰三元材料，壳层由氧化铝和无机固态电解质微晶混合而成；无机固态电解质微晶嵌合固定于氧化铝中，且单独或组合形成离子导通通道；离子导通通道连通壳层的外表面和内核的外表面；本申请三元正极材料电导性能好，且在锂蓄电池中制成正极使用时，提高混合固液电解质锂蓄电池和全固态锂蓄电池的循环性能、倍率性能和安全性能。

技术领域

本发明涉及三元正极材料，特别涉及一种长循环寿命锂蓄电池用三元正极材料及其制备方法。

背景技术

锂蓄电池产业是新能源产业的重要组成部分。近年来，随着新能源行业的快速发展，对锂蓄电池的安全、循环寿命性能提出了越来越高的要求，混合固液电解质锂蓄电池、全固态锂蓄电池等技术方向越来越受到学术界及产业界的重视。混合固液电解质锂蓄电池、全固态锂蓄电池与所有现有电池相同，两者均包括有三大重要组成部分：正极、电解质和负极。

现有正极多由固态的正极材料制作得到，其中应用较为广泛的正极材料主要有传统的磷酸铁锂正极材料和当下使用较多的镍钴锰(NCM)三元正极材料。镍钴锰三元正极材料因高镍含量，具有较高的能量密度，这一特点使其越来越受到市场的青睐，市场份额不断扩大。但相较传统的磷酸铁锂正极材料，镍钴锰三元正极材料的高镍含量使其嵌锂容量高的同时，还带来了一定的缺陷。镍钴锰(NCM)三元正极材料脱锂后的电位高，其中过渡金属转化为高价态，易与液态电解质、部分的固态电解质如硫化物固态电解质、有机聚合物固态电解质发生反应，导致电解质劣化和过渡金属元素溶出，形成安全隐患、降低锂蓄电池的安全性能。

针对上述问题，现有技术中氧化铝包覆三元正极材料颗粒，以化学性质较为稳定的氧化铝为三元材料颗粒提供一层保护，减少三元材料与电解质的直接接触，减少高电压情况下正极材料对电解质的氧化作用，进而改善三元材料的稳定性，提高三元材料在锂蓄电池中使用时的循环性能和安全性能。并且为保证氧化铝的保护作用，该技术对包覆三元正极材料颗粒的氧化铝完整性和致密性要求高。

故现有技术中对该技术还做了优化改进，如使用过程中多采用气相沉积法在三元正极材料颗粒外表面上沉积完整致密的氧化铝包覆层，甚至对三元正极材料颗粒表面先进行电晕放电处理后再使用气相沉积法沉积氧化铝，以提高氧化铝包覆层对三元正极材料颗粒表面的附着力。

然而该技术在采用完整致密的氧化铝包覆层包覆保护三元正极材料颗粒的同时，因氧化铝的电子电导性和离子电导性差，使得三元正极的电导率大为降低，降低了锂蓄电池的倍率性能。同时氧化铝其分子结构导致其在锂蓄电池电池中长期使用后，会造成锂的不可逆嵌入。对该技术而言，三元正极材料颗粒全包覆氧化铝，发生锂的不可逆嵌入后，其对锂蓄电池的循环性能恶化影响明显。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种长循环寿命锂蓄电池用三元正极材料，其电导性能好，可提高混合固液电解质锂蓄电池和全固态锂蓄电池的循环性能、倍率性能和安全性能。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种长循环寿命锂蓄电池用三元正极材料，所述三元正极材料为核壳结构的三元正极粉体组成，其包括所述三元正极粉体包括内核和壳层，所述内核为镍钴锰三元材料，所述壳层包括混合的氧化铝和无机固态电解质微晶，所述无机固态电解质微晶为无机氧化物固态电解质或快离子导体固态电解质，所述壳层中无机固态电解质微晶嵌合固定于氧化铝中，且所述无机固态电解质微晶单独或组合构建离子导通通道，所述离子导通通道连通壳层的外表面和内核的外表面。