[发明专利]表面包覆改性的锂离子电池正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种表面包覆改性的锂离子电池正极材料及锂电池，所述表面包覆改性的锂离子电池正极材料具体包括：正极材料本体、包覆于所述正极材料本体表面的高熵阳离子无序氧化物包覆层和存在于所述正极材料本体近表面的离子掺杂层；所述正极材料本体、离子掺杂层和高熵阳离子无序氧化物包覆层共同构成多级核壳包覆结构；其中，所述正极材料本体近表面具体为由所述正极材料本体的材料表面向内0～100nm范围内的距离。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种表面包覆改性的锂离子电池正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

消费电子、电动汽车、智能电网等领域的迅速发展对可充放电池的性能提出了更高的要求。在多种可充放电池技术方案中，锂离子电池以其优异的电化学性能成为二次电池市场中最重要的发展方向。随着应用领域的不断扩展，如何进一步提升锂离子电池的能量密度成为了电池研发的重点。

提升锂离子电池的工作电压是提高其能量密度最直接有效的方法。但是，在高电压下，电池中的电极材料会出现安全性及可靠性的风险。为确保电极材料，尤其是正极材料，在长周期的循环中保持稳定，对正极材料颗粒表面进行修饰改性是必不可少的。其中，表面包覆技术是最为简单有效的表面修饰方法，表面包覆层能够减少电解液与正极界面发生的副反应，稳定材料表面结构及成分，从而提升电池的电化学性能。

通常，正极材料颗粒的表面性质对其物理和电化学性能有很大影响，比如CN105489878A，CN105226256A中采用一些无机氧化物对正极材料进行表面包覆改性，能减少或避免正极材料和电解液的直接接触，可以缓解界面副反应引起的容量快速衰减。但这些方法在表面包覆过程中会造成正极材料本体的锂离子向包覆层材料扩散，导致正极材料本体的结构发生变化，因此也会引起电池性能下降。另外，其他各种金属氧化物包覆层，如MgO、SnO₂、SiO₂、ZnO、CuO等，也被用于LiCoO₂进行正极材料的界面修饰，但在较高的截止电压下无法显著地改善电池的电化学性能。此外，在正极材料表面进行金属氟化物(CeF₃,AlF₃,MgF₂,AlW_xF_y等)包覆的策略也得到了应用，虽然改善了循环稳定性，但其包覆层结构和组成不利于正极材料界面锂离子的快速输运。近年来，固体电解质包覆材料的出现在一定程度上提升了正极材料界面的离子传输性能，但由于其较差的电子电导及非电化学活性的本质属性，仍然会造成材料容量下降、倍率性能变差等问题。

尽管包覆材料的种类丰富多样，但目前商用正极材料的表面包覆层仍然以氧化物和氟化物为主。这类传统包覆材料能够在一定程度上避免电解液与正极材料的直接接触，提升材料的电化学稳定性。但是，由于包覆层材料不具备电化学活性、离子及电子电导受限，仍然无法最大程度的发挥电极材料的最佳性能，限制了材料综合性能的提升。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种表面包覆改性的锂离子电池正极材料及其制备方法和应用。所采用的表面包覆改性的材料具有电化学活性、结构稳定，同时能够实现较高离子与电子电导，应用该正极材料能够提升锂电池的电化学性能及安全性。

有鉴于此，本发明实施例提供了一种所述表面包覆改性的锂离子电池正极材料具体包括：正极材料本体、包覆于所述正极材料本体表面的高熵阳离子无序氧化物包覆层和存在于所述正极材料本体近表面的离子掺杂层；所述正极材料本体、离子掺杂层和高熵阳离子无序氧化物包覆层共同构成多级核壳包覆结构；

其中，所述正极材料本体近表面具体为由所述正极材料本体的材料表面向内0～100nm范围内的距离。

优选的，所述正极材料本体包括：六方层状氧化物钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、层状和/或岩盐结构复合的富锂正极材料中的一种或多种。