[发明专利]一种复相高压正极材料及其制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池领域，公开了一种复相高压正极材料，由六方层状结构LiNi_x‑aCo_y‑aMn_z‑aM_bO₂、岩盐相(Li+N)O和包覆剂A三部分构成，其化学通式为LiNi_x‑aCo_y‑aMn_z‑aM_bO₂·a(Li+N)O·cA；其中，0＜a＜0.01，0.33≤x＜1.0，0≤y≤0.33，0.01＜z＜0.5，0＜b＜0.02，0.001＜c＜0.01，x+y+z＝1；M为Mg、Al、Ti、Zr、Sr、Y、Ce、B、W、La、Sn、Zn和Mo中的一种或几种；N为Ni、Co和Mn中的一种或几种；包覆剂A为TiO₂、ZrO₂、Al₂O₃、SnO₂、Li₃PO₄、Li₂B₄O₇、Li₄TiO₄和Li₂SiO₃中的一种。本发明通过控制高温固相反应过程，使之形成六方层状和岩盐相组成的复相结构正极材料，精确调控两相比例，在不牺牲材料电化学活性的前提下提升了材料的结构稳定性。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种复相高压正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池因具有比能量高、体积小、质量轻和循环性能长等优点，被广泛地应用于便携式电子设备、新能源交通工具和储能电源等设备。正极材料作为锂离子电池核心部分之一，占据锂电池成本的40％以上。镍钴锰酸锂(NCM)三元正极材料(LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂，0＜x,y ＜1)具有能量密度高、安全性能好、成本低廉等优点，是现在3C及动力锂电池正极材料的主要类型之一。

2017年以来，钴金属价格持续升高，导致三元正极材料的生产成本不断升高；另一方面，政府对新能源汽车的补贴开始退坡，提高了补贴的技术门槛，续航里程越高补贴越高，且随着时间的推移补贴不断降低。故为了节约成本以及提高电动汽车的续航里程，锂离子电池必须要提高能量密度同时降低制造成本等。目前常用策略有：一、在六方层状三元材料体系中提高镍含量来达到提高能量密度，同时降低钴含量来降低成本；二、提高材料的工作电压。策略一，不仅会降低材料的结构稳定性，特别是高电压下结构容易被破坏而降低材料的循环性能；另外，高镍三元材料由于表面残余碱比较高，需要采用水洗或三烧工艺来降低表面残余碱、提高材料的表面稳定性，这样会造成高镍三元材料的加工成本。策略二，直接提高材料工作电压，层状三元材料LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂随着上限电压升高，Li+迁出的程度越高，引起的结构相变越大，并且循环过程伴随着新的非活性相生成，最终导致材料的电性能迅速恶化。

非电化学活性的岩盐相结构的(Li+N)O具有良好的高温稳定性，在充放电过程中不会出现结构相变。因此，在三元层状材料中引导生成少量的岩盐相，对提高三元锂离子正极材料的结构稳定性是有意义的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复相高压正极材料及其制备方法；该复相高压正极材料综合了层状材料及有序岩盐相的优异性，使该正极材料具有高容量、高电压、长循环以及低成本的优点。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：