[发明专利]一种尖晶石改性三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种尖晶石改性三元正极材料及其制备方法，涉及锂离子电池正极材料技术领域，包括三元正极材料，及掺杂和包覆在三元正极材料内外的改性层；所述改性层材料为尖晶石材料。本发明采用尖晶石对三元正极材料进行表面改性，在热处理过程中，尖晶石中少部分的金属元素会进入到三元材料晶格内形成掺杂，其它以高断裂韧性的金属氧化物包覆在三元正极材料表面，可以获得“零应变”三元正极材料，抑制三元正极材料在循环过程中晶格常数的变化及相变，制得的改性三元正极材料的导电性及电化学稳定性好，循环、倍率性能优异。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，尤其涉及一种尖晶石改性三元正极材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着科学技术的快速发展，电子设备向小型化、便携化发展，电池领域受到越来越多的关注。锂离子电池具有重量轻、工作电压高、能量密度高、循环寿命长、倍率性能好、自放电率低、无记忆效应等一系列的优点，其中能量密度高这一突出优点使得锂离子电池被公认为是新一代电动汽车、混合动力电动汽车的理想动力能源。

锂离子电池的能量密度主要取决于正极材料的能量密度，正极材料的能量密度高，锂离子电池的能量密度必然也高。因此，开发高能量密度的正极材料成为人们研究的焦点。在众多锂离子正极材料中，三元正极材料作为目前最高能量密度的正极材料，市场份额占比增速较高，已成为锂离子动力电池热门正极材料。在锂离子电池中，正极材料与电解液发生副反应，腐蚀后的正极材料中金属元素溶解(如Co、Mn)及固体电解质界面膜的增加等问题会导致电池的容量衰减严重，循环性能下降。为提高三元正极材料循环寿命、倍率性能及首次库伦效率，须对三元正极材料进行表面改性研究。

研究者们对三元正极材料进行了改性，目前对三元正极材料的改性研究主要是体相掺杂和表面包覆。尖晶石LiMn₂O₄材料因为本身即为正极材料，对三元正极材料进行LiMn₂O₄包覆改性会影响三元材料的容量发挥。本发明使用非正极尖晶石材料可以改善层状三元正极材料在循环过程中的界面稳定性，保证正极材料在高电压及长循环条件下的结构稳定性，循环性能得到显著提升，并且在多次的循环后依然保持较高的放电容量。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种尖晶石改性三元正极材料及其制备方法，通过采用尖晶石材料掺杂和包覆在三元正极材料内外，改善三元正极材料在循环过程中的界面稳定性。

本发明提出的一种尖晶石改性三元正极材料，包括三元正极材料，及掺杂和包覆在三元正极材料内外的改性层；所述改性层材料为尖晶石材料。

优选地，所述尖晶石材料的化学通式为：MgO·R₂O₃；其中，R表示三价金属离子，选自Al³⁺、Fe³⁺、Cr³⁺中的一种。

优选地，所述改性层和三元正极材料的质量百分比为0.5～10：90～99.5。

优选地，所述三元正极材料的结构通式为：LiNi_xCo_yM_zO₂；其中，0＜x＜1，0＜y＜1，0＜z＜1，x+y+z＝1，M选自Al、Mn、V中的一种或一种以上。

本发明还提出了上述尖晶石改性三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将三元正极材料粉碎，分散到甲醇中，得到悬浮液；

S2、将单质Mg加入悬浮液中，在氮气保护气氛下搅拌反应，然后加入R溶胶，得到尖晶石前驱物溶胶；

S3、对尖晶石前驱物溶胶进行蒸馏浓缩，然后喷射到盛有液氮的盘子上凝固，干燥，得干燥粉末；

S4、将干燥粉末研磨后置于马弗炉中，在空气气氛中进行热处理，即得。