[发明专利]一种改性锂离子电池三元正极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种改性锂离子电池三元正极材料及其制备方法与应用，该正极材料由内至外包括核心层；过渡层和壳层；所述核心层为三元材料，所述过渡层为TiZrF₆，所述壳层为压电材料；该正极材料制备包括以下步骤：制备TiZrF₆包覆三元材料薄膜；制备压电材料改性包覆TiZrF₆的三元材料薄膜前驱体；在高纯氧气下，将压电材料改性包覆TiZrF₆的三元材料薄膜前驱体经过快速热退火处理，得到改性锂离子电池三元正极材料。本发明的正极材料，表面平整、均匀、无裂纹；压电材料均匀生长在TiZrF₆包覆的锂离子电池正极活性材料表面，易于操作、重复性强，有利于商业化应用。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种改性锂离子电池三元正极材料及其制备方法与应用。

背景技术

目前，锂离子电池具有比能量高、功率密度高、循环寿命长等优点，是目前便携式电子产品的可充电电池主要选择对象。由于正极材料的比容量较低，且又需要额外负担负极的不可逆容量损失，因此，正极材料的研究与改进一直是锂离子电池研究的关键问题。层状镍钴锰三元材料具有高比能量、成本低、循环性能稳定、安全性好等优点，可有效弥补钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂各自的不足，因此三元材料的开发成为正极材料领域的研究热点。

为了进一步满足市场对三元材料的要求，三元材料正朝着高容量、高循环、耐高温、安全性能高以及结构稳定的方向发展。研究表明：NCM三元材料(镍钴锰锂三元材料)由于阳离子混排、强氧化性的Ni³⁺和Ni⁴⁺的存在高温性能差，并且随着循环次数的增加材料的性能会衰减的越来越快。为了克服这一问题，目前广泛采用对三元材料进行掺杂、包覆的方法来稳定材料的结构，从而提高材料的稳定性能与高温性能。

现有市场上主要的NCM523（LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂）三元材料在常规4.3V的25℃条件下，半电池在1.2C充电倍率和0.2C的放电倍率情况下首次放电容量为168mA·h/g，半电池在1.2C充电倍率和1.0C放电倍率下循环第50圈的容量为153mA·h/g，容量保持率为95%左右，这与市场需求仍有一定的差距。因此，开发一种适用于高温且结构稳定的三元材料具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题为：提供一种高温下结构稳定的改性锂离子电池三元正极材料。

本发明要解决的第二个技术问题为：提供一种高温下结构稳定的改性锂离子电池三元正极材料的制备方法。

本发明要解决的第三个技术问题为：提供一种上述改性锂离子电池三元正极材料的应用。

为了解决上述第一个技术问题，本发明采用的技术方案为一种改性锂离子电池三元正极材料，三元正极材料由内到外至少依次包括以下各层：核心层；过渡层和壳层；所述核心层为三元材料，所述过渡层为TiZrF₆，所述壳层为压电材料。

根据本发明的一些实施方式，所述压电材料为钽酸锂；优选地，所述钽酸锂为LiTa₃O₈。

根据本发明的一些实施方式，所述三元材料化学式为Li(Ni_xCo_yMn_z)O₂，其中x，y和z分别在0到1之间，且满足x+y+z=1；优选地，所述三元材料为Li(Ni_0.65Co_0.15Mn_0.2)O₂。