[发明专利]一种磷酸锂包覆的锂离子电池高镍正极材料及其制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池高镍正极材料的制备技术领域，具体提供一种磷酸锂包覆锂离子电池高镍正极材料及其制备方法，用以解决现有技术加工性能差、对使用环境要求苛刻、循环稳定性差、首圈库伦效率低、以及高温性能急剧下降的缺点。本发明以磷酸二氢锂作为包覆原材料，通过磷酸二氢锂与母体材料表面残碱(LiOH、Li₂CO₃)原位反应生成快离子导体磷酸锂包覆层，不仅大大减少母体材料表面的锂盐残留，改善了加工性能，降低了使用环境要求，增加了正极材料的离子导电性，增加了正极材料的锂离子数量，而且有效抑制相变和界面副反应；使得磷酸锂包覆锂离子电池高镍正极材料具有优异的循环稳定性和放电比容量，尤其在高温下也能保持较好的电化学性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池高镍正极材料的制备技术领域，涉及锂离子电池高镍(摩尔比Ni≥80％)正极材料的包覆改性，具体提供一种磷酸锂包覆锂离子电池高镍正极材料及其制备方法。

背景技术

随着现代化和工业化的飞速发展，对能源的需求愈来愈大，能源短缺和环境问题越来越明显，开发利用清洁、环保能源迫在眉睫。实施可持续发展策略，发展新型环境友好的绿色电源至关重要，其中最典型的锂离子电池因其具有高能量密度、长循环寿命和对环境友好等优点，已经得到了广泛的开发和利用。

正极材料是目前制约锂离子电池发展的重要瓶颈，也是当前研究的热点之一；以高镍NCM三元正极材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂、高镍NCA三元正极材料LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂及高镍镍钴二元正极材料LiNi_0.9Co_0.1O₂为代表的层状高镍正极材料因其低成本和高能量密度而受到越来越多的关注。目前，高镍正极材料仍然存在一些显著缺点：加工性能差，对使用环境要求苛刻，在循环过程中正极材料会发生不可逆相变，副反应增多，同时表面和体相不断产生微裂纹，破坏界面和晶界稳定性；此外，由于残留的锂盐残碱分解会释放二氧化碳，破坏CEI膜并阻塞Li⁺扩散通道，使比容量进一步下降；尤其在高温情况下，材料的电化学性能更是急剧下降，导致材料的安全性和循环寿命不佳。

发明内容

本发明的目的在于针对锂离子电池高镍正极材料加工性能差、对使用环境要求苛刻、循环稳定性差、首圈库伦效率低、以及高温性能急剧下降的缺点，提供一种磷酸锂包覆锂离子电池高镍正极材料及其制备方法。本发明中，以磷酸二氢锂作为包覆原材料，通过磷酸二氢锂与母体材料表面残碱(LiOH、Li₂CO₃)原位反应生成快离子导体磷酸锂包覆层，不仅大大减少母体材料表面的锂盐残留，改善了加工性能，降低了使用环境要求，增加了正极材料的离子导电性，增加了正极材料的锂离子数量，而且有效抑制相变和界面副反应；使得本发明磷酸锂包覆锂离子电池高镍正极材料具有优异的循环稳定性和放电比容量，尤其在高温下也能保持较好的电化学性能；另外还具有合成工艺简单、制造成本低等优点，易实现规模化的工业生产。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种磷酸锂包覆的锂离子电池高镍正极材料，其特征在于，所述正极材料由母体材料与包覆于母体材料表面的包覆层构成，所述母体材料为高镍(摩尔比Ni≥80％)镍钴二元正极材料、高镍(摩尔比Ni≥80％)NCA三元正极材料或高镍(摩尔比Ni≥80％)NCM三元正极材料，所述包覆层为磷酸锂，所述包覆层的包覆量为0.1～5wt％。

进一步的，所述磷酸锂包覆层由磷酸二氢锂与母体材料表面残碱原位反应生成。

所述磷酸锂包覆的锂离子电池高镍正极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1.以LiH₂PO₄为包覆原材料，将LiH₂PO₄分散于乙酸乙酯中，形成均匀溶液；