[发明专利]一种包覆型高镍三元材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于电池材料领域，公开了一种包覆型高镍三元材料及其制备方法和应用，该包覆型高镍三元材料的化学式为LiNi_xCo_yMn_zO₂·a【M₃(PO₄)₂·bH₂O】，其中0.6≦x≦0.8，0.1≦y≦0.2，0.1≦z≦0.2，x+y+z＝1，0.01≤a≤0.03，3≤b≤8，M₃(PO₄)₂·bH₂O为磷酸镍、磷酸钴或磷酸锰中的至少一种；包覆型高镍三元材料为花状结构。本发明的制备方法通过配置的磷酸盐溶液提供磷酸根离子，在液相环境下进行包覆，同步通过微波水热合成前驱体，有利于磷酸根与前驱体充分接触，保证生成的高镍三元前驱体表面被磷酸盐均匀包覆，方法简单，包覆效果好。

技术领域

本发明属于电池材料领域，具体涉及一种包覆型高镍三元材料及其制备方法和应用。

背景技术

由于高的能量密度以及成本优势，富镍系镍钴锰三元层状氧化物LiNi_xCo_yMn_zO₂(0.6≦x≦0.9，0.05≦y≦0.2，0.05≦z≦0.2中文简称为NCM)已成为主流的下一代锂离子电池正极材料。目前常用的锂离子电池正极材料为聚阴离子型材料LiFePO₄、层状材料LiCoO₂以及层状三元材料LiNi_xCo_yMn_zO₂。与其他材料相比，三元材料由于具有能量密度高、电压平台高、比容量高等优点而备受关注。三元材料中镍的含量对其电化学性能影响较大，具体表现为镍含量越高、能量密度越高、容量越高。为满足人们对长续航、大容量锂离子电池的需求，开发具有较高镍含量的三元材料成为时下的研究热点。

但是，高镍三元材料有很多的缺点，比如阳离子混排带来的电化学性能下降，由于镍含量较高而随之产生的热稳定性降低及较差的导电性，表面结构不稳定带来的电池极化严重、容量快速衰减，体积效应导致的材料失效以及表面碱含量过高导致的电化学性能下降问题。三元材料表面存在大量的残余锂，其易与电解质反应形成绝缘材料，阻碍锂离子的传输，降低倍率性能及循环稳定性，改善材料的热稳定性。此外，三元电极材料在循环过程中易出现过度脱锂现象，随着充电的进行表层结构出现过度脱锂现象，同时，高镍三元材料的层状结构向尖晶石结构、惰性岩盐结构转变，往往在前几次充放电之后，材料表层即形成较厚的惰性层，另外表层强氧化性的高价过渡金属离子与电解液发生严重的副反应，也会造成电池的极化增大、容量快速衰减。随着三元材料中镍含量的增加，这些问题会更加明显，严重阻碍了三元材料的应用规模。

为解决三元材料的缺点，人们做了大量的研究工作。研究表明，通过表面包覆可以有效稳定三元材料在充放电过程中的表层晶体结构，提高材料的循环稳定性，常见的有氧化物包覆(如Al₂O₃、Cr₂O₃、SnO₂、ZnO、MgO等)、磷酸盐包覆(如Sn₃(PO₄)₂、Mg₃(PO₄)₂、AlPO₄、FePO₄、Co(PO₄)₂等)、Li-X-O化合物包覆(如LiAlO₂、Li₂ZrO₃、LiAlO₂等)以及碳包覆、氟化物包覆等。目前的包覆中，包覆过程复杂，包覆的效果不好。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种包覆型高镍三元材料及其制备方法和应用。改善锂离子电池高镍三元正极材料的电化学性能，提高材料的比容量、倍率性能及循环性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：