[发明专利]一种钽改性的镍钴铝酸锂正极材料及应用其的电极、电池

说明书

本发明提供一种钽改性的镍钴铝酸锂正极材料，该镍钴铝酸锂正极材料包括镍钴铝酸锂本体，镍钴铝酸锂本体的外部设有包覆层，包覆层中含有钽元素，且，镍钴铝酸锂本体中掺杂有钽元素。在本发明所提供的镍钴铝酸锂正极材料中，含钽包覆层和镍钴铝酸锂本体中掺杂的钽元素相互协同，有效地降低镍钴铝酸锂类正极活性材料的初始直流内阻及循环直流阻抗，同时，上述镍钴铝酸锂正极材料还具有优异的结构稳定性、界面稳定性，综合体现出优异的电化学性能。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，具体地，涉及一种钽改性的镍钴铝酸锂正极材料及应用其的电极、电池。

背景技术

高镍层状镍钴铝三元正极材料(NCA，即镍钴铝酸锂)具有高能量密度、良好的倍率性能，广泛应用在电动工具、电动汽车等领域。但是，NCA正极材料在长循环过程中和热分解过程中结构不稳定，容易发生不可逆相转变和表面副反应，导致材料长循环性能差(如直流阻抗较高)、安全性能差等问题。

现在商业化的高镍层状NCA正极材料，其生产的电池存在初始直流阻抗(DCIR)较高、循环直流阻抗增长率过高的问题，满足不了终端产品的性能需求，导致客户体验性差严峻现状。这些问题的存在阻碍了NCA正极材料在动力电池领域的产业化应用。因此，有必要探索一种有效的改性手段来解决NCA正极材料存在的问题，为NCA正极材料的产业化应用提供指导与帮助。

发明内容

为了降低镍钴铝酸锂正极材料的初始直流阻抗、循环直流阻抗，本发明提供一种钽改性的镍钴铝酸锂正极材料及应用其的电极、电池。

根据本发明的第一个方面，提供一种钽改性的镍钴铝酸锂正极材料，该镍钴铝酸锂正极材料包括镍钴铝酸锂本体，镍钴铝酸锂本体的外部设有包覆层，包覆层中含有钽元素，且，镍钴铝酸锂本体中掺杂有钽元素。在上述镍钴铝酸锂正极材料中，包覆层中的钽元素防止了镍钴铝酸锂本体的表面形成岩盐相，促进了锂离子在镍钴铝酸锂本体界面的扩散，同时，在镍钴铝酸锂本体中的钽元素掺杂能够减少镍钴铝酸锂本体在工作过程中的不可逆相变，从而使一次粒子由无序分布变为径向有序分布，提高了锂离子在镍钴铝酸锂本体的扩散速率，降低了镍钴铝酸锂类正极材料的阻抗。此外，上述镍钴铝酸锂正极材料中的包覆层能够对镍钴铝酸锂本体起到良好的保护效果，在工作过程中将镍钴铝酸锂本体与电解液之间设置阻隔，有效地抑制上述二者之间发生不利的界面副反应，从而有效的减少镍钴铝酸锂本体的不可逆消耗。综上，在本发明所提供的镍钴铝酸锂正极材料中，含钽包覆层和镍钴铝酸锂本体中掺杂的钽元素相互协同，有效地降低镍钴铝酸锂类正极活性材料的初始直流阻抗及循环直流阻抗，同时，上述镍钴铝酸锂正极材料还具有优异的结构稳定性、界面稳定性，综合体现出优异的电化学性能。

优选地，所述包覆层中含有LiTaO₃。

优选地，镍钴铝酸锂本体的粒径D₅₀：包覆层的厚度＝10～15:0.003～0.008。

优选地，镍钴铝酸锂本体的粒径D₅₀＝10～15μm。

优选地，按照物质的量计算，在镍钴铝酸锂正极材料中，镍元素、钴元素和铝元素的物质的量之和：锂元素的物质的量：钽元素的物质的量＝1.00～1.05:1.00:0.005～0.018。

优选地，按照物质的量计算，在镍钴铝酸锂正极材料中，镍元素、钴元素和铝元素的物质的量之和：锂元素的物质的量：钽元素的物质的量＝1.00～1.05:1.00:0.007～0.014。

优选地，镍钴铝酸锂本体包括化学通式符合通式Ⅰ的物质，通式Ⅰ为LiNi_xCo_yAl_1-x-yO₂，其中，0.80≤x≤0.92，0.06≤y≤0.15。

优选地，通式Ⅰ为LiNi_0.88Co_0.09Al_0.03O₂。