[发明专利]核壳结构的三元正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于电池材料技术领域，公开了核壳结构的三元正极材料及其制备方法和应用，该三元正极材料的化学式为LiNi_xCo_yMn_zO₂·wLi_dMO；M为(Ni_aCo_bMn_c)_kA_1‑k，A包括钴、铈、镍、锰、铝、锆、锶、钇中的至少一种；其中0.3≤x≤1，y0，z0，且x+y+z＝1，0.3≤a≤1，b≥0，c≥0，且a+b+c＝1，1≤d≤3，0k≤0.5，0.01％≤w≤2％。本发明制备的是核壳结构的三元正极材料，核壳结构提高了材料的机械强度，壳层可有效保护核层基材不易被电解液腐蚀，壳层由于引入正极微粉料，其导离子和导电子性明显更优，容量和倍率性能得到一定提升。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，具体涉及核壳结构的三元正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

在电动汽车领域，人们普遍关心电动汽车的续航里程，随着各种电动汽车自燃事件的发生，人们也越来越重视电动汽车的安全性能。电动汽车最关键的部件在于锂离子电池，锂离子电池一般由正极、负极、隔膜和电解液组成，其中正极材料的性能直接决定了锂离子电池的能量密度、安全性能和使用寿命。目前锂离子电池正极普遍采用插锂化合物，如LiMn₂O₄、LiFePO₄、LiCoO₂、三元正极材料Li(Ni_xCo_yMn_z)O₂。其中，三元正极材料因其具有更高的能量密度优势而成为了各大电池厂家的研究重点。然而，三元正极材料层状结构不稳定，反复充放电过程结构容易坍塌破碎，裸露的新鲜电极容易被电解液腐蚀，因此需要通过其他改性手段稳定其结构，其中，包覆是比较普遍且行之有效的方法。

传统的包覆剂有金属氧化物、石墨烯、磷酸盐和导电聚合物等，但功能比较单一，导电子和导离子性能很难兼得，且很难提供高的电容量和倍率性能。此外，工业生产三元正极材料过程中将产生数量可观的粉碎微粉料，而粉碎微粉料属于粒度异常的三元材料，且具有一定容量，直接报废将造成一定的资源浪费、环境污染和经济损失。因此，对微粉粉碎料进行二次利用将会产生明显的经济效益和社会效益。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种核壳结构的三元正极材料及其制备方法和应用，该材料为核壳结构，提高了材料的机械强度，壳层可有效保护核层基材不易被电解液腐蚀，壳层由于引入正极微粉料，其导离子和导电子性明显更优，容量和倍率性能得到一定提升。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种核壳结构的三元正极材料，其化学式为LiNi_xCo_yMn_zO₂·wLi_dMO，所述核壳结构的三元正极材料中核层为LiNi_xCo_yMn_zO₂，壳层为Li_dMO；所述M为(Ni_aCo_bMn_c)_kA_1-k，所述A包括钴、铈、镍、锰、铝、锆、锶、钇中的至少一种；其中0.3≤x≤1，y0，z0，且x+y+z＝1，0.3≤a≤1，b≥0，c≥0，且a+b+c＝1，1≤d≤3，0k≤0.5，0.01％≤w≤2％。

优选地，所述核壳结构的三元正极材料中x的取值为0.3≤x≤0.6，a的取值为0.6≤a≤0.8。