[发明专利]一种快离子导体包覆的高镍三元正极材料及制备方法以及其制备得到的锂离子电池

说明书

本发明公开了一种快离子导体包覆的高镍三元正极材料及制备方法以及其制备得到的锂离子电池。所述快离子导体包覆的高镍三元正极材料的基材为LiNi_1‑x‑yCo_xMn_yM_zO₂，其中0<x≤0.15，0<y≤0.15，0≤z≤0.1，M为Al、Mg、Co、Ni、Ti、Fe、Zr、Sn中的任意一种或多种；所述快离子导体的化学通式为Li_1+aA_aD_2‑a(PO₄)₃，其中，A为Al、Cr、Ga、Fe、Sc、In、Lu、Y、La中的任意一种或多种，D为Ti、Ge、Zr、Sn、Hf中的任意一种或多种，其中0<a≤1。本发明通过表面包覆所述快离子导体可有效减少三元正极材料表面的残余锂，并减少三元正极材料与电解液的副反应；由本发明正极材料组装的锂离子电池首次充放电比容量高、容量保持率高。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料领域，具体涉及一种快离子导体包覆的高镍三元正极材料及制备方法以及其制备得到的锂离子电池。

背景技术

近年来，环境问题和石化资源匮乏问题的日益严重引发了人们对绿色能源的关注，以绿色环保的电池尤其是锂离子电池为动力源的电动汽车成为全世界企业和科研机构研究的重点。随着电动汽车对高能量密度锂离子动力电池的需求日益增加，镍钴锰三元正极材料及其衍生物因为较高的理论比容量而展现出较广阔的应用前景。

为提升电池的能量密度，在正极材料的改性中镍的含量被不断被提升，目前，高镍三元材料LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂(NCM622)、LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(NCM811)已实现量产。然而，镍含量的上升不仅会导致锂和镍元素的混排，而且会导致颗粒间碱性杂质残留的大幅增多，进而引起充放电过程中剧烈的产气，导致电池鼓包变形，循环及搁置寿命缩短，产生安全隐患。

在众多提升三元材料循环性能和倍率性能的策略中，表面包覆是一种有效的方法。表面包覆不仅可以避免正极材料活性物质与电解液的界面反应，而且能够改善活性材料粒子的分散性和热稳定性，进而改善正极材料的电化学稳定性，在充放电循环过程中，降低活性物质因结构改变所受的损伤，提高容量保持率。

目前常用的包覆材料为氧化物、氟化物、无机盐、聚合物等等。其中，氧化物包覆的目的主要是防止正极活性物质被HF侵蚀，抑制表面副反应的发生。以往的研究中，常用Al₂O₃、TiO₂、ZrO₂、MgO等作为包覆物，但这些氧化物大多导电性较差，不能为锂离子的迁移提供足够多的通道。因此，提供一种有以上包覆物的功能且电导率高的氧化物是提高三元材料循环性能的必要条件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快离子导体包覆的高镍三元正极材料及制备方法以及其制备得到的锂离子电池。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种快离子导体包覆的高镍三元正极材料，所述快离子导体包覆的高镍三元正极材料的基材为LiNi_1-x-yCo_xMn_yM_zO₂，其中0<x≤0.15，0<y≤0.15，0≤z≤0.1，M为Al、Mg、Co、Ni、Ti、Fe、Zr、Sn中的任意一种或多种。