[发明专利]一种高热安全性的高镍三元正极材料及其制备方法以及应用

说明书

本发明提供了一种高热安全性的高镍三元正极材料。本发明提供的高镍三元正极材料通过测量其热导率K、XRD中的D104值，以及孔隙率α识别出影响三元正极材料热安全性的重要因素，同时通过控制这几个参数并满足式I所示关系式分别制备了相应的材料进行验证，另外通过包覆具有低热导率的包覆材料对高镍三元正极材料进行改善，并且测试该材料包覆后的热导率结果表明随着包覆材料的包覆量的增加，该三元正极材料的热导率整体降低同时具有更好的热安全性。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种高热安全性的高镍三元正极材料及其制备方法以及应用。

背景技术

随着新能源电动车的普及，以及国家对于新能源行业的大力支持，作为电池主要的原材料之一的正极材料也受到了大家的关注，其中最突出的是三元正极材料。这些材料最主要的应用是动力能源电池，然而近些年来频频出现新能源汽车的自燃现象，由此新能源汽车的安全性被推倒了风口浪尖。面对这样的局面，如何保证电池的热安全性成了各个厂商及研究机构亟待解决的问题，目前从电池层面已经有了一些新的突破，而在正极三元材料方面却鲜有成果，现有专利CN108550802A中通过掺入少量的Y³⁺离子、La³⁺离子代替部分Ni³⁺位，利用Y³⁺/La³⁺离子的电化学惰性使得材料在充放电过程中减少体积变化，增加结构稳定性，提高热安全性。专利CN112811403A中则是通过Mg/Ti共掺杂提高材料的晶体结构稳定性，同时结合Li₃PO₄的包覆实现了掺杂和包覆的分层分布，Li₃PO₄包覆层可以增强表面稳定性，有助于降低电化学阻抗和电解液副反应，进而提高高镍三元正极材料热稳定性。

现有工艺技术中大都通过掺杂电化学惰性物质来增强材料的结构的稳定性，包覆具有稳定特性的物质来隔绝三元正及材料和HF的接触，抑制材料的分解和金属溶出带来的热量释放。然而掺杂这类电化学惰性物质对于材料本身电子电导率和反应的活性有很大的影响，不利于材料的电化学性能，同时这种多元素掺杂及多步骤包覆工艺增加了成本和加工工艺的复杂度。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种高热安全性的高镍三元正极材料及其制备方法以及应用，本发明提供的高镍三元正极材料的热导率整体降低同时具有更好的热安全性，并且具有良好的电学性能。

本发明提供了一种高热安全性的高镍三元正极材料，所述高镍三元正极材料的化学式为：

LiNi_aCo_bMn_cM_dQ_eO₂，

其中，0.8＜a＜0.95，b＜0.2，c＜0.2，d＜0.1，a+b+c+d+e＝1，

M为掺杂元素，选自Sr、Ti、Al、Zr、Y、Ba、Mg、Mo中的一种或者多种，

Q为包覆元素，选自Sr和Ti中的一种或两种，

所述高镍三元正极材料满足式I所示的关系式：

γ＝α*D104/K式I

式I中，0.73≤γ≤14.00，γ为高镍三元正极材料的热安全系数，α为高镍三元正极材料的剖面孔隙率，D104为高镍三元正极材料XRD测试中的参数，K为高镍三元正极材料的热导率。

优选的，45≤D104≤70。

优选的，1％≤α≤5％。

优选的，0.1W/(m·K)≤K≤0.6W/(m·K)。

优选的，包括核芯以及包覆层，所述包覆层的热导系数≤0.2W/(m·K)。