[发明专利]一种三元正极材料及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明提供了一种三元正极材料及其制备方法和锂离子电池。所述三元正极材料包括核心和包覆在所述核心上的复合包覆层，所述核心为高镍三元材料，所述复合包覆层包括含硼化合物和含磷化合物。所述方法包括：将硼源、磷源与高镍三元材料混合后，在氧化性气氛下进行烧结，得到所述三元正极材料。本发明提供的三元正极材料通过高镍三元材料核心与含硼化合物和含磷化合物复合包覆层使得其残碱量低，倍率放电容量和循环性能好。

技术领域

本发明属于储能材料技术领域，涉及一种正极材料及其制备方法和电池，尤其涉及一种三元正极材料及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

锂离子电池广泛用于消费电子、储能和电动汽车等其他领用，尤其是目前电动汽车续航里程的增加导致对高能量密度的需求不断增加，相对于石墨负极体系较高的容量(≥350mAh/g)，正极材料的容量制约着锂离子电池的能量密度，因此需要开发更高能量密度的正极材料。高镍三元正极材料Li_zNi_1-x-yCo_xM_yO₂(0.95≤z≤1.05，0≤x≤0.20，0≤y≤0.20，M为Mn、Al、Mg、Ti、Nb中的一种或多种)具有较高的放电容量(≥180mAh/g)和电压平台(3.8V)，成为现在最有竞争力的正极材料之一。然而，高镍三元正极材料面临残碱(氢氧化锂、碳酸锂等)较高所引起的难以加工的问题，以及高温循环较差的缺点。

然而，高镍三元正极材料面临残碱(氢氧化锂、碳酸锂、碳酸氢锂等)较高，产生Ni³⁺还原成Ni²⁺，以及生成的活性氧自由基在湿度较大的空气中与水分和二氧化碳反应加剧残碱的升高。碱性物质会导致PVDF上的C-F键脱出HF反应产生凝胶，而且在高电压下电池产生二氧化碳和水，导致库伦效率下降和电池膨胀，以及高温循环较差的缺点。残碱是电子和离子的不良导体，会降低电池的容量和库伦效率。此外，高镍三元正极材料在循环或高温存储时与电解液发生反应，引起过渡金属原子溶解、结构转变和颗粒破碎，导致循环性能变差和安全性能降低。因此，实现高镍三元材料的产业化应用，必须降低其表面残碱和改善其电化学性能及安全性能。

CN109546136A公开了一种磷酸锂包覆三元离子电池正极材料的制备方法，产品涉及到的磷酸锂的包覆方法是采用液相法，即将锂盐、柠檬酸溶于乙醇，再加入磷酸和三元材料，过滤烘干后烧结得到磷酸锂包覆三元正极材料。但是该方案的液相法工艺较为复杂，需要反复洗涤，成本较高。

《Enhanced high-temperature cycling of Li₂O-2B₂O₃-coated spinel-structured LiNi_0.5Mn_0.1.5O₄cathode material for application to lithium-ionbatteries》(Chae J S,Yoon S B,Yoon W S,et al.Enhanced high-temperature cyclingof Li₂O–2B₂O₃-coated spinel-structured LiNi_0.5Mn_1.5O₄cathode material forapplication to lithium-ion batteries[J].Journal of Alloys and Compounds,2014,601:217-222.)报道了Li₂O-2B₂O₃包覆尖晶石正极材料，揭示了Li₂O-2B₂O₃具有离子导体的作用，能够改善正极材料的电化学行为，但未能研究硼酸能够降低残碱的作用。

发明内容