[发明专利]一种晶界修饰的多晶正极材料及其制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池电极材料领域，提出一种晶界修饰的多晶正极材料，结构式为LizMAO₂。本发明还提出一种晶界修饰的多晶正极材料的制备方法，包括以下步骤：将锂源、过渡金属M化合物、掺杂元素化合物进行混合，然后进行烧结，烧结完成后进行破碎处理，得到具有晶界修饰的多晶结构正极材料一次品；将正极材料一次品与包覆元素化合物混合均匀后烧结，烧结完成后进行破碎处理，得到晶界修饰的多晶正极材料。通过发挥阴离子在修饰晶界方面的优势，改善多晶结构中界面间层错、破裂等不稳定现象，可以显著提高锂离子电池正极材料的电化学结构稳定性，有利于解决高电压材料开发面临的循环、存储、浮充等问题。

技术领域

本发明涉及一种晶界修饰的多晶正极材料及其制备方法，属于锂离子电池电极材料领域。

背景技术

随着消费类电子产品对电池续航的要求，高电压成为锂离子电池正极材料的发展方向，由于正极材料生长过程中不可避免的形成多晶态，多晶态中晶界间易形成层错、破裂等问题因而导致高电压下材料的结构破碎，进而影响电池性能的发挥，因此，对晶界的修饰工作就尤为重要，阴离子由于较强的电负性，在晶界修饰方面具有较大优势，目前阴离子等的掺杂改性具有相关报道。

如申请号为CN201310498055.5的中国发明专利“阴离子掺杂锰基固溶体正极材料及制备方法”公开了S^2-、PO4^3-、SiO4^4-、BO3^3-、SO4^2-、F^-等离子对锰基固溶体的掺杂稳定O在晶格结构中的位置，提高晶格结构稳定性，进而提高材料电化学。又如申请号为CN201810660986.3的中国发明专利“一种金属氧化物及锂离子电池的合成”公开了F、P、S、Cl、N、As、Se、Br、Te、I、At对氧化钴的掺杂使阴离子占据O位，增加O空穴数量，降低界面阻抗，稳定表面晶体结构。但是，以上专利虽然引入阴离子，但并未在晶界修饰方面起作用。又如申请号为CN201280035825.6的中国发明专利“多晶金属氧化物、其制备方法以及包括该多晶金属氧化物的制品”虽然公开了具有晶界化合物的制备，但晶界上为富Co的设计，并无阴离子的相关设计。

发明内容

本发明的目的为提供一种晶界修饰的多晶结构正极材料及其制备方法，通过发挥F、Cl等阴离子在修饰晶界方面的优势，改善多晶结构中界面间层错、破裂等不稳定现象，可以显著提高锂离子电池正极材料的电化学结构稳定性，有利于解决高电压材料开发面临的循环、存储、浮充等问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种晶界修饰的多晶正极材料，其结构式为LizMAO₂，其中1＜z≤1.2；M为过渡金属元素，包括Co，还包括Ni和Mn中的至少一种；A为改性元素，包括掺杂元素和包覆元素，掺杂元素和包裹元素均包括F，还包括Mg、Ti、Al、Ca、Sn、Zn、La、Y、Zr、Cl、Br、I中的至少一种；该多晶正极材料含有的多晶晶界界面是由掺杂元素进行晶界间的修饰，含有的颗粒外层表面由包覆元素包覆。

进一步地，M＝Ni_1-x-yMn_xCo_y，0≤x≤1，0＜y≤1。

一种晶界修饰的多晶正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将锂源、过渡金属M化合物、掺杂元素化合物按照摩尔比Li/M＝1～1.20、掺杂元素质量占比0.01％～1％进行混合，其中过渡金属M包括Co，掺杂元素包括F；混合完成后进行烧结，烧结温度为400～1100℃，烧结时间为5～20小时，烧结完成后使用破碎设备进行破碎处理，得到具有晶界修饰的多晶结构正极材料一次品；