[发明专利]一种锂电池复合正极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种锂电池复合正极材料，包括由外壳包裹内核所构成的颗粒单元，所述颗粒单元的内核是由含锂多元过渡金属氧化物一次颗粒组成的二次球形颗粒；所述含锂多元过渡金属氧化物一次颗粒之间通过填隙在它们间隙中的纳米含锂氧化物结合；本发明复合正极材料二次颗粒在电化学循环过程中一次颗粒之间的界面不易发生粉化，可有效提升锂离子电池的比容量、循环性能及安全性；同时，可以减少正极材料与电解液的直接接触，降低二者之间的副反应，提高材料离子扩散系数。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体讲是一种锂电池复合正极材料及其制备方法与应用。

背景技术

传统能源的日益枯竭，使得新型能源的开发、利用得到越来越多的关注。锂离子电池作为绿色新型能源具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电效率小、无记忆效应、安全性好等突出优势，现已广泛应用于手机、笔记本电脑的那个便携式电池市场，并且以锂离子电池为动力的混合动力车和纯电动车也已占有广泛的市场。其中，电池的能量密度是一个重要的指标，其决定混合动力车和纯电动车的续航里程。正极材料是锂离子电池中决定锂离子电池能量密度的重要组成部分，含锂多元过渡族金属氧化物材料是目前市场上常用的正极材料之一。由于合成技术的限制，含锂多元过渡族金属氧化物材料主要是一次颗粒聚集生长的球形二次颗粒。而这种二次球形材料在长期的电化学循环后，会沿着一次颗粒间的界面粉化，使得电极材料间的电接触变差，内阻变大，从而导致电池容量过早衰减。并且，其中高镍三元材料存在表面活性高、在湿空气中不稳定及高电压下与电解液发生副反应等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上现有技术的缺点：提供一种锂电池复合正极材料及其制备方法与应用。本发明复合正极材料二次颗粒在电化学循环过程中一次颗粒之间的界面不易发生粉化，可有效提升锂离子电池的比容量、循环性能及安全性；同时，可以减少正极材料与电解液的直接接触，降低二者之间的副反应，提高材料离子扩散系数。

本发明的技术解决方案如下：一种锂电池复合正极材料，包括由外壳包裹内核所构成的颗粒单元，所述颗粒单元的内核是由含锂多元过渡金属氧化物一次颗粒组成的二次球形颗粒；所述含锂多元过渡金属氧化物一次颗粒之间通过填隙在它们间隙中的纳米含锂氧化物结合；

所述含锂多元过渡金属氧化物一次颗粒的化学组成为Li_1+aNi_bCo_cA_dM_1-b-c-dO₂中的一种或多种，其中，-0.1≤a≤0.2，0＜b≤1，0＜c≤0.5，0＜d≤0.5；所述A为Mn或Al；所述M为Cr、Mg、Ga、Ti、Fe、Cu、Sb、Sr、Ca、K、Na、Sn、Zn、V、Sc中的一种或多种；

所述纳米含锂氧化物的化学组成为Li_eR_fO_g中的一种或多种；其中，e+f×（R的价态）=2g；所述R选自Nb、La、Ag、In、Te、Hf、Pb、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Ho、Er、Tm、Yb中的一种或多种；

所述颗粒单元的外壳材料为以下电解质材料中的一种或几种的混合物：NASICON型锂离子导体Li_1+xT_2-xQ_x(PO₄)₃，其中，0<x<0.7，T选自Ti、Ge，Q选自Al、Ga、In、Sc；

钙钛矿型锂离子导体Li_3xLa_(2/3)-xTiO₃，其中，0<x<0.16；

LISICON型锂离子导体Li₁₄ZnGe₄O₁₆；