[发明专利]一种表面包覆ZnO、Li2

说明书

本发明涉及一种表面包覆ZnO、Li₂ZnO₂和Li₃PO₄的高镍NCM三元正极材料及其应用，属于锂离子电池技术领域。首先将无水醋酸锌和磷酸二氢铵加入无水乙醇中超声分散均匀，然后加入高镍NCM三元正极材料，密封后磁力搅拌2h～3h，搅拌结束后除去无水乙醇，得到的材料于氧气氛围中，380℃～500℃下煅烧240min～360min，煅烧结束后得到所述材料。通过一步处理同时实现ZnO、Li₂ZnO₂、Li₃PO₄三种物质的表面包覆及表层微量的Zn掺杂，在提高高镍NCM三元正极材料的结构稳定性的同时保证材料的容量不因包覆物存在而产生明显的下降，更使得电化学性能得到明显提升。

技术领域

本发明涉及一种表面包覆ZnO、Li₂ZnO₂和Li₃PO₄的高镍NCM三元正极材料及其应用，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

正极材料作为新能源汽车锂电池中最重要的组成之一，近年来其工艺水平提升显著，电池能量及功率密度大为提高，循环稳定性能、高倍率性能有所改善，推进了电动汽车、混合动力汽车的发展，这不仅减少了不可再生资源的消耗，也顺应了“绿色低碳”的环保理念。

层状镍钴锰(NCM)三元正极材料中Li、过渡金属、O分别占据结构中的3a、3b、6c位，存在明显的协同效应，在经济与环保方面有着较大优势，是最有应用前景的正极材料之一。镍主要参与氧化还原反应提供容量，因此，为实现新能源汽车的更远里程要求，NCM中镍含量逐步提高，然而镍含量的提高会给正极材料带来严重的表面问题，包括表面杂相等，如生成岩盐相(NiO)和残碱，这就会导致充放电循环过程中材料的衰退。当下，高镍NCM三元正极材料的研发重点主要在不断提升比容量的同时减缓材料的性能衰减。

为提升高镍正极材料的循环稳定性，降低其结构及性能衰减速率，研究者们展开了有关材料表面包覆改性的相关研究，结果表明在颗粒表面构建包覆层能够降低二氧化碳和水的干扰，即减少残碱积累；包覆层能作为材料的相变抑制剂、机械缓冲层、氢氟酸清除剂、电子或锂离子的导体，在维持材料本身稳定性的同时提升材料性能。当前，表面包覆改性是提升高镍正极材料结构及性能稳定性的一种最为有效、简单的方法。

ZnO具有独特光学和电学性质，在工业上占据着重要地位，在光催化、传感器、太阳能电池、超级电容器等领域已被证实具有经济价值与科技创新实用性，而兼具化学稳定高、环境友好、价格低廉、易于合成等优势的氧化锌纳米粒子也被用作锂电池正极材料的包覆材料，已被证明能够在一定程度上改善尖晶石正极材料的循环性能，然而ZnO的包覆会因其本身的电化学惰性导致材料容量降低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种表面包覆ZnO、Li₂ZnO₂和Li₃PO₄的高镍NCM三元正极材料及其应用，通过将无水醋酸锌、磷酸二氢铵与高镍NCM三元正极材料混合后煅烧可在高镍NCM三元正极材料表面同时实现非晶ZnO、晶体Li₂ZnO₂和晶体Li₃PO₄共同包覆及微量Zn的表层掺杂，晶态的Li₂ZnO₂和Li₃PO₄可加速Li⁺的界面扩散动力学，非晶态的ZnO能够避免正极材料与电解质、空气中水和二氧化碳的直接接触，减少不良副反应及残碱、岩盐相的生成；煅烧后微量的Zn²⁺可掺杂到高镍NCM三元正极材料表层，降低阳离子混排及相变，增大锂层间距，扩大Li⁺扩散通道。通过简单的一步包覆改性，起到了稳定材料晶体结构、减少材料表面残碱及岩盐相的作用，最终起到提升材料结构及电化学性能稳定性的作用。所述材料作为锂离子电池正极材料可有效改善在长循环过程中高镍NCM三元正极材料的循环稳定性。