[发明专利]一种三元正极材料@氧化铟核壳结构复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三元正极材料@氧化铟核壳结构复合材料的制备方法，属于锂离子电池正极材料技术领域。其中，三元正极材料为镍钴锰或镍钴铝，该制备方法包括包覆与焙烧的步骤。本发明对包覆过程进行了优化，避免了在包覆过程中极其容易出现核包覆的情况，导致包覆不均匀的现象产生。通过焙烧步骤提升了包覆层的结晶度和纯度，进一步提升复合材料的性能。该复合材料与未经过包覆处理的原始三元正极材料相比，复合物导电导离子性显著提高、比容量较高、循环稳定性好、倍率性能提高、整体导电性显著提高的特点。该制备过程简单、无污染、成本低、流程短、易于工业放大。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及三元正极材料@氧化铟核壳结构复合材料及制备方法，可用于锂离子电池正极材料。

背景技术

高镍三元正极材料近些年受到广泛的关注，不仅因其具有超过200mAh/g的理论比容量，同时成本较低。然而，这类材料在脱嵌锂过程中存在的锂镍混排效应会导致结构转变，同时暴露在空气中导致表面镍元素的还原，造成材料凝胶化显著影响电子离子在体相中的传递。

对电极活性材料进行包覆改性，包覆层可以作为有效的物理阻隔层降低外接对活性材料的腐蚀，降低副反应，同时高离子电子特性能够显著提高放电特性。铟氧化物(In₂O₃)是一种超导体材料，其已被广泛应用于光电设备如太阳能电池、光催化、气体传感等多种领域。其具有优良的导电导离子性，导电率约为10³S/cm，远高于高镍材料自身本体的10^-5S/cm。同时，In₂O₃具有良好的化学稳定性和稳定的体心立方(bcc)结构，作为包覆层还能起到抵抗电解液中HF侵蚀的作用。In₂O₃用于高镍正极三元正极材料上的相关工作目前较少，已有的报道如要将In(NO₃)₃与三元正极材料粉体进行物理混合采用高速机械融合的方法进行包覆(刘增等，电源技术,2020,44:1417-1420)，取得了一定的效果。但此种方法存在：1)包覆不均匀。固相混合因为界面之间的接触阻碍同时因为密度差异难以保证包覆均匀性。非均匀包覆会影响无法充分起到抵抗HF侵蚀的效果；2)包覆晶相已受破坏。高压缩和剪切作用易对晶体结构产生消极影响，缺陷的产生会影响导电导离子性。

针对以上问题，本发明旨在提出一种三元正极材料@氧化铟核壳结构复合材料及制备方法。制备出的复合材料氧化铟含量易控制、包覆均匀且晶相完好，用上述核壳结构复合物制备出的电池比容量较高、循环稳定性好、大电流下放电能力提升、整体导电性显著提高的特点。该制备过程简单、无污染、成本低、流程短、易于工业放大。

发明内容

本发明实施例提供了一种三元正极材料@氧化铟核壳结构复合材料及其制备方法。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

本发明的第一个方面，是提供一种三元正极材料@氧化铟核壳结构复合材料的制备方法。

在一些示例性的实施例中，所述三元正极材料@氧化铟核壳结构复合材料的制备方法中，所述三元正极材料为镍钴锰NCM或镍钴铝NCA，所述制备方法包括：包覆步骤和焙烧步骤；

其中，所述包覆步骤包括：

将所述三元正极材料粉体与溶剂混合，进行搅拌及超声分散，获得混合液A；

将铟源前驱体与溶剂混合，进行搅拌及超声分散，获得混合液B；

将混合液A和B进行混合，获得混合液C；

所述混合液C升温至水解反应温度进行包覆反应，冷却获得中间产物；

所述焙烧步骤包括：