[发明专利]复合材料及其制备方法、含该复合材料的锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料领域，特别涉及一种用于锂离子电池正极的复合材料及其前驱体的制备方法以及使用该复合材料的电池。

背景技术

锂离子电池是近十多年来迅猛发展起来的一种高能电池，由于其具有容量大、电压高、自放电小等优势，成为电动汽车等领域首选的动力能源。因此，锂离子电池的循环性能及成本等都将成为影响电动汽车等领域商业化进程的重要因素。

正极材料是锂离子电池的重要组成部分，也是决定锂离子电池的循环性能与成本的关键部分。目前，钴酸锂是最广泛商业化的锂离子电池正极材料。但是钴的价格昂贵并且有污染，因此，随着对锂离子电池正极材料的深入研究，产生了很多新的锂离子电池正极材料，例如相对于钴酸锂成本较低LiNi_xCo_yM_1-x-yO₂系列材料。

LiNi_xCo_yM_1-x-yO₂系列材料中的NCA材料容量可达200mAh/g左右，但存在电化学热稳定性能差和材料碱性高的缺点，原因可能是由于材料中的Ni³⁺会在充放电过程中混排，同时Ni⁴⁺具有强氧化性，影响了材料的循环以及其他的性能；该系列材料中的NCM材料初始容量只有150mAh/g左右，但优点是循环好、碱性低。

目前，常通过用其他材料包覆正极材料的方法来提高正极材料各方面的性能，从而解决新兴锂离子电池正极材料自身的缺陷。如：专利US2010/0310940A1报道了利用钛酸钡和其金属氧化物对锂离子电池正极材料包覆来提高电池安全性；专利CN102394295A报道了利用尖晶石镍锰酸锂对锂离子电池正极材料进行包覆来提高材料的循环寿命和高温存储性能。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

专利US2010/0310940A1利用无机物钛酸钡和其金属氧化物对正极材料进行包覆，会导致正极材料能量密度的降低，并且也会使正极材料的导电性大大减小；

专利CN102394295A需要首先合成所需要的正极材料，此时需要进行一次焙烧；再利用溶胶凝胶法在正极材料表面包覆尖晶石镍锰酸锂，然后进行二次焙烧，形成包覆尖晶石镍锰酸锂的正极材料。这种方式需要进行二次焙烧，会消耗大量有机物，使成本增加，同时存在两种物质连接不够紧密的缺点。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种复合材料及其制备方法、含该复合材料的锂离子电池。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种复合材料，所述复合材料为核壳结构，所述复合材料的壳层包括中间层及包覆在中间层外的外层，所述复合材料的内核为Li(Ni_xCo_yAl_z)O₂，中间层为Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)O₂，外层为LiNi_0.5Mn_1.5O₄，所述复合材料的内核、中间层、外层的摩尔比为a:b:c，其中a+b+c=1、0<b<0.5、0<c<0.5，x+y+z=1、y=0.15、0.03≤z≤0.05。

优选，a:b:c=0.8:0.15:0.05，x=0.8、z=0.05。

另一方面提供了一种复合材料的制备方法，所述制备方法包括：

依次通过共沉淀反应得到核壳结构的复合材料前驱体，所述复合材料前驱体的壳层包括中间层及包覆在中间层外的外层，所述复合材料前驱体的内核为(Ni_xCo_yAl_z)(OH)₂、中间层为(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)(OH)₂、外层为Ni_0.25Mn_0.75(OH)₂；