[发明专利]一种纳米氟化锆锂原位包覆高镍三元正极材料、其制备方法及锂离子电池

说明书

本发明提供了一种纳米氟化锆锂原位包覆高镍三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：A)将三元正极材料加入质量分数为1～7％的H₂ZrF₆溶液中，搅拌得到悬浊液；B)将所述悬浊液进行干燥，得到Li₂ZrF₆包覆的三元正极材料。利用H₂ZrF₆与三元正极材料表面的残锂反应，在三元材料表面原位包覆一层分布均匀的快离子导体Li₂ZrF₆。一方面降低了高镍正极材料表面的残锂，另一方面Li₂ZrF₆存在缓解了三元正极与电解液之间的副反应；本发明中采用氟锆酸与三元材料表面的残锂反应后可以直接形成沉淀，不再需要额外的热处理工艺，工艺简单。本发明还提供了一种纳米氟化锆锂原位包覆高镍三元正极材料及锂离子电池。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种纳米氟化锆锂原位包覆高镍三元正极材料、其制备方法及锂离子电池。

背景技术

近年来，随着生态环境的逐渐恶化和传统化石能源的日渐紧缺，开发新型的绿色能源成为世界各国的首要目标。锂离子电池作为一种新型的储能设备具有高能量密度、高工作电压、循环寿命长、安全性能好等优点，对于解决能源短缺和减少环境污染具有重要意义。其中正极材料是影响锂离子电池性能的关键因素。

当前，Ni基三元正极材料LiNi_xCo_yMn_zO₂(x+y+z＝1)，特别是x0.8，具有较高的工作电压(4.3Vvs.Li/Li⁺)和高达200mAh/g的实际放电比容量，而广受关注和研究。但是传统的高镍三元正极材料在脱嵌锂离子过程中，二次颗粒发生破碎、粉化现象；另外，严重的过渡金属离子溶出等，均会降低倍率、循环性能。众多问题可以通过改变高镍三元正极材料的微观形貌和表面包覆来缓解。

目前商业常用高的包覆方法是固相混合包覆，这将很大程度上导致包覆不均匀，循环性能并没有得到很好的改善。而且单纯包覆的氧化物，只能一定程度上改善正极材料的循环性能；在大电流密度下，正极材料的容量衰减比较严重，很难满足动力汽车的大倍率放电的要求。

此外，高镍三元材料表面的残锂(Li₂CO₃、LiOH)对正极材料的循环、容量等储锂性能有很大影响，残锂的含量越高直接影响正极材料的电阻、产气等性能。

综上所述，高镍三元正极材料急需一种既可以抑制正极材料与电解液的接触，又可以实现降低高镍三元材料表面残锂包覆新方法，对现有包覆技术做进一步改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米氟化锆锂原位包覆高镍三元正极材料、其制备方法及锂离子电池，本发明制备方法简单，无需热处理即可在高镍三元材料表面进行包覆，且降低了残锂量，原位形成包覆层，很大程度上改善了残锂的存在带来的高电阻、产气的问题。

本发明提供一种纳米氟化锆锂原位包覆高镍三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：

A)将三元正极材料加入质量分数为1～7％的H₂ZrF₆溶液中，搅拌得到悬浊液；

B)将所述悬浊液进行干燥，得到Li₂ZrF₆包覆的三元正极材料。

优选的，所述三元正极材料为LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂，其中，0.8＜x＜0.9，0＜y≤0.1。

优选的，所述三元正极材料与H₂ZrF₆溶液的质量比为(0.5～1.5)：1。