[发明专利]一种镍钴铝锂离子电池正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种镍钴铝锂离子电池正极材料，该材料具有核壳结构，其核材料为掺杂铈、镧或锆中至少一种元素的镍钴铝锂材料，其壳材料为氧化铈、氧化镧或氧化锆中的至少一种和氧化铝组成的复合材料。采用共沉淀法合成镍钴铝材料前驱体；然后利用喷雾干燥包覆方法制得核壳结构材料；将核壳结构材料与锂源混合后煅烧，冷却后得到具有核壳结构的锂离子电池正极材料。该材料能够有效地改善镍钴铝材料的耐压性能、热稳定性、循环性能和倍率性，提高了镍钴铝锂离子电池材料的安全性和电化学性能，在锂离子电池制备领域有着良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种镍钴铝锂离子电池正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着电动汽车的快速发展，锂离子电池材料获得越来越来广泛的应用，锂离子电池的安全问题也受到更广泛的关注。电动车更长的续航里程要求锂离子电池具有更高的能量密度。三元材料因为比容量高、循环性能好、价格低廉等特点，吸引了广泛关注，其中镍钴铝三元材料更因具有更高的比容量而被认为是最有前途的锂离子电池正极材料之一。

镍钴铝三元材料在实际应用过程中存在安全隐患问题，同时大倍率三元正极材料稳定性较差，易释放出氧气，有机溶剂易和氧气发生反应放出大量热和气体，产生的热量会进一步加剧正极的分解，造成恶性循环。当温度达到电解液燃点时，电解液就会燃烧。由于电池处于封闭状态，生成的大量气体会使电池内部压力迅速升高导致爆炸。为了提高锂离子电池容量，同时兼顾电池安全性能，通常对镍钴铝三元材料进行掺杂和包覆来改善电化学性能，达到提高整体效益的目的。

CN104037404B中公开了一种包覆掺杂型锰酸锂(LiMn_2-xM_xO₄,0.1≤x≤0.5,M为Mg、Co、Al、Cr、Zn、Ti)的镍钴铝三元正极材料制备方法，该方法将镍钴铝锂与水混合配制成悬浮液，再利用沉淀法制备掺杂型锰酸锂前驱体，使制备的前驱体均匀地沉淀在镍钴铝锂的表面，再经过焙烧、破碎、筛分后得到掺杂型锰酸锂包覆镍钴铝锂的复合材料。但是该方法没有对镍钴铝材料的结构进行改进，仍存在热稳定性差，容易释放氧的问题，存在安全隐患。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种镍钴铝锂离子电池正极材料及其制备方法和应用，该材料该材料具有核壳结构，且核材料和壳材料均掺杂铈、镧、锆等具有储存释放氧能力的氧化物，能够提高镍钴铝锂离子电池材料的耐压性、热稳定性、循环性能和倍率性，在锂离子电池制备领域具有良好的应用前景。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种镍钴铝锂离子电池正极材料，其特征在于，所述正极材料具有核壳结构，其核材料为掺杂铈、镧或锆中至少一种元素的镍钴铝锂材料，其壳材料为氧化铈、氧化镧或氧化锆中的至少一种和氧化铝组成的复合材料。

本发明制备的镍钴铝锂离子电池正极材料具有核壳结构，其核材料和壳材料均掺杂有氧化铈、氧化镧、氧化锆等具有储存释放氧能力的氧化物，因而减小核材料的由于氧释放而产生的不可逆相转变和容量衰退。同时，铈、镧、锆等元素与氧化铝材料具有共生共存效应，对氧原子具有更强的结合能力，抑制了由于高价镍不稳地性导致的氧释放，增强了材料在高温高压条件下的结构稳定性，因而能有效地改善镍钴铝材料的耐压性(高压循环稳定性能)、热稳定性(热分解温度)、循环性能和倍率性，提高了镍钴铝锂离子电池材料的安全性和电化学性能。

根据本发明，所述核材料为掺杂铈、镧或锆中至少一种元素的镍钴铝锂材料，例如可以掺杂铈、镧或锆中的任意一种，或者同时掺杂铈和镧；铈和锆；镧和锆；铈、镧和锆。

根据本发明，所述壳材料为氧化铈、氧化镧或氧化锆中的至少一种和氧化铝组成的复合材料，例如可以是氧化铈、氧化镧或氧化锆中的任意一种和氧化铝组成的复合材料，或者可以是氧化铈、氧化镧与氧化铝组成的复合材料，氧化铈、氧化锆与氧化铝组成的复合材料，氧化镧、氧化锆与氧化铝组成的复合材料，氧化铈、氧化镧、氧化锆与氧化铝组成的复合材料。