[发明专利]改性高镍三元正极材料及其制备方法、锂离子电池

说明书

本发明公开了一种改性高镍三元正极材料，其是在高镍三元正极材料表面包覆一层含有快离子导体的包覆层；快离子导体的化学通式为Li_3x1La_2/3‑x1M_a1TiN_z1O₃、Li_2+2x2Zn_1‑x2GeO₄或LiM′₂(PO₄)₃，其中，M为Ba²⁺和/或Sr²⁺，N为Al³⁺和/或Zr⁴⁺，0.04≤x1≤0.167，0≤a1≤1，0≤z1≤1，‑0.3＜x2＜0.8，M′为Zr、Ti、Ge、Hf中的一种或几种。相对于现有技术，本发明通过在高镍三元正极材料表面包覆一层含有快离子导体的包覆层，既可与材料表面的残锂进行反应，降低材料表面的残锂，抑制其与电解液的副反应，提高材料表面稳定性和循环性能；还具有良好的锂离子脱嵌能力，可提高材料的首次放电容量和首次库伦效率，具有良好的应用前景。本发明还公开了改性高镍三元正极材料的制备方法和锂离子电池。

技术领域

本发明属于新能源材料领域，更具体地说，本发明涉及一种表面包覆有快离子导体的改性高镍三元正极材料及其制备方法、锂离子电池。

背景技术

随着锂离子电池技术的发展，现有的低镍三元材料因其能量密度较低，开始无法满足人们对高能量密度动力电池的需求。提高高镍三元正极材料的镍含量可以提升电池的能量密度，因此，高镍三元正极材料是目前动力电池的主要研究对象之一。但是，由于高氧化性镍含量的增加和充电截止电压的提升，高镍三元正极材料的稳定性开始变差，当应用于动力电池时，动力电池存在循环差、使用过程产气严重等问题。同时，随着镍含量的增加，材料制备过程中很难形成完整的层状结构，容易出现锂镍原子混排，存在动力电池实际容量低等弊端。

有人通过使用氧化铝、氧化钛、氧化镁对高镍三元正极材料进行表面包覆，该方法可以一定程度上抑制材料表面与电解液的副反应，从而提高材料的循环稳定性；但是由于氧化物包覆层为离子绝缘体，阻碍了锂离子在材料表面的嵌入和脱出，因此降低了材料的容量和首次库伦效率。也有人通过体相掺杂以提高高镍三元正极材料的稳定性，但是由于受到晶格结构的影响，不同离子半径的金属离子只能取代特定位置的金属离子，使体相掺杂具有一定的局限性；而且用于掺杂的金属离子多为非活性金属离子，容易导致高镍三元正极材料的容量和首次库伦效率降低，并且材料表面结构不稳定，对产气问题无明显改善。还有人通过合成表面镍含量较低、体相镍含量较高的核壳结构三元正极材料，以克服现有高镍三元正极材料存在的问题，但是该方法的合成工艺复杂，成本较高，且批次稳定性不佳，难以推广应用。

有鉴于此，确有必要提供一种具有理想循环稳定性的表面包覆有快离子导体的改性高镍三元正极材料及其制备方法、锂离子电池。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有高镍三元正极材料存在的表面残锂多、循环稳定性差、容量和首次库伦效率低等问题，提供一种具有理想循环稳定性、容量和首次库伦效率高的表面包覆有快离子导体的改性高镍三元正极材料及其制备方法、锂离子电池。