[发明专利]一种网状快离子玻璃导体包覆过渡金属掺杂的锂离子电池三元正极材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种网状快离子玻璃导体包覆过渡金属掺杂的锂离子电池三元正极材料及制备方法。该方法摒弃传统方法中机械干研磨和均匀表面涂层，首次采用湿研磨‑低高温双平台法进行过渡金属掺杂，通过湿法研磨可缓解因机械应力导致的材料结构破损，以及采用非均匀晶像选择法，采用网状结构材料对过渡金属掺杂后的材料进行不完整的表面修饰，根据不同温度下的晶型改变，合理选择网状涂层进行表面修饰，这种双重修饰方法是提高材料电化学性能可行且有效的手段。

技术领域

本发明涉及一种三元正极材料及其制备方法，区别于传统的掺杂处理过程和均匀涂层，特别涉及一种非均匀晶型选择法制备网状快离子玻璃导体包覆过渡金属掺杂的锂离子电池三元正极材料及其制备方法，属于锂离子电池材料制备领域。

背景技术

目前，世界各国将能源短缺和环境问题看做最重要的两个问题。锂离子电池因能量密度高、工作机制简单和环境友好，在电动汽车领域被寄予厚望。其中，正极材料性能起决定性作用。三元正极材料因三元协同效应其电化学性能和稳定性能均优于传统正极材料(钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂)。而目前电动汽车无法真正普及化和市场化正是因为正极材料充放电效率偏低、循环性能不理想。因此，研究者们致力于进一步提高锂离子电池三元正极材料的能量密度，优化其性能。其中掺杂过渡金属、包覆导电材料、优化合成工艺均为可行且有效的优化方法。

掺杂与Li+半径相近的过渡金属原子如(Zr、Ge、Mn)因电荷补偿机制，改变材料能带结构，所产生的空穴有助于离子的传输。很大程度上缓解了阳离子混排导致的层状结构塌陷问题，实现锂离子的高输出化，使其成为内部结构更为稳定的高性能三元正极材料，如专利ZL201410112765。但传统干法机械研磨存在因机械应力造成煅烧前的结构破损，经过煅烧后裂缝会更大。包覆涂层则可有效缓解电解液对材料表面的腐蚀，避免电解液腐蚀正极材料而导致容量保持率衰减，同时保证正极材料的球型形貌完整，如专利CN201710821234。选择喷酸盐系快离子导体是理想的包覆层，但因其在结晶过程中低温度下易形成三聚硼，该物质易吸水影响正极材料性能，随温度升高则产生四聚硼，该物质则表现为玻璃网状结构，具有良好的润湿性能和相对低的粘度易于附着在正极材料表面，共享氧原子所形成的氧空位便于锂离子的嵌入和脱出，在移动离子亚晶格中具有高锂离子扩散能力，作为包覆层可保证正极材料更加稳定的界面性能。若将两种优化手段结合运用于正极材料优化中，可从结构到表面双重修饰材料，从而提高材料结构稳定性和界面稳定性、循环性能和倍率性能等。

本发明结合湿研磨-低高温双平台法实现过渡金属掺杂和非均匀晶型选择法实现网状快离子玻璃导体包覆结合的双重改性正极材料，区别传统的干法机械研磨和均匀涂层，因不同温度下涂层有不同晶型，控制煅烧温度选择网状涂层包覆掺杂过渡金属正极材料，可解决材料内部结构坍塌和材料表面腐蚀的问题，提高了材料的电化学性能和稳定性能。为满足锂离子电池电动汽车高容量且稳定的动力需求提供良好的解决办法。

发明内容

本发明是鉴于三元正极材料存在结构易坍塌和表面易被腐蚀两种情况而完成的，可达到从结构到表面的优化目的。

本发明提供了用一种湿研磨-低高温双平台法和非均匀晶型选择法制备的双重改性正极材料及其制备方法。

为了实现本发明目的，本发明采用的方案如下：

一种网状快离子玻璃导体包覆过渡金属掺杂的锂离子电池三元正极材料：以锂离子电池三元正极材料LiMO₂，M为Ni、Co和Mn为基材，采用湿法研磨-低高温双平台法进行过渡金属元素掺杂，及采用网状结构的快离子玻璃导体对过渡金属掺杂后的锂离子电池三元正极材料进行不完整的表面修饰。