[发明专利]二次熔盐法制备核壳结构锂电池正极材料的方法

说明书

本发明公开了高镍三元单晶体，所述高镍三元单晶体的化学式为LiNi_xCo_yMn_zO₂，本发明还公开了一种核壳结构锂电池正极材料及其制备方法。本发明公开的材料，核部分提高镍含量（高镍三元材料）来提升电池容量，壳部分（低镍三元材料）提高锰含量来改善材料的结构稳定性。核与壳具有类同的晶格结构，也可缓解两者界面晶格失配现象。表面包覆层能够提高高镍三元单晶体的界面稳定性、降低电解液的侵蚀，最终有效降低高镍三元单晶体表面寄生反应，提高材料的长寿命循环性能。

技术领域

本发明属于锂电池制备技术领域，具体涉及二次熔盐法制备核壳结构锂电池正极材料的方法。

背景技术

目前，已成功商业化的LiCoO₂、LiFePO₄、LiMn₂O₄等锂电池正极材料，依然不能满足市场的需求。具有更高比容量的层状过渡金属氧化物得到关注，其中高镍三元材料(无严格定义，LiNi_xCo_yMn_zO₂，x+y+z＝1，通常x≥0.5)比容量可达200mAh/g、单体电池能量密度可达300Wh/kg，较其他正极材料体系，更能满足当前车用高能量密度锂离子电池的迫切需求。但是，高镍三元材料面临严重的容量和电压衰减问题，是限制其商业化的关键难题。众多研究发现，高镍三元材料表面稳定性较差，(1)导致材料极易与空气中的CO₂和H₂O发生副反应、(2)与电解液之间有严重的寄生反应。因此，从材料源头改进设计，在高镍三元单晶体表面构建异质包覆层的核壳结构，核部分提高镍含量(高镍三元材料)来提升电池容量，壳部分(低镍三元材料)提高锰含量来改善材料的结构稳定性。以此，阻断高镍三元材料表面与环境(电解液)的直接接触，从而提高材料的表面稳定性，有效提高电池的长寿命循环性能。相比于其他惰性表面包覆材料(指不能够储锂的材料)，低镍三元材料作为异质包覆层既可改善高镍三元材料表面稳定性，又可作为正极材料参与充放电电化学反应。

熔盐法采用低熔点盐作为反应介质，合成过程中有液相出现，镍、钴、锰反应物在其中有一定的溶解度，大大加快了离子的扩散速率，使镍、钴、锰金属离子在液相中实现原子尺度混合，反应由固-固反应转化为固-液反应。通过调控反应物与熔盐质量比和反应温度梯度，实现晶核形成、晶体生长等过程的可控。近年来，熔盐合成在无机非金属材料合成领域得到广泛的研究，应用范围也越来越广泛。特别是在均一化微米级单晶体制备领域具有明显优势。

发明内容

发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明所要解决的技术问题是提供了高镍三元单晶体。

本发明还要解决的技术问题是提供了一种核壳结构锂电池正极材料。

本发明还要解决的技术问题是提供了高镍三元单晶体的制备方法。

本发明最后要解决的技术问题是提供二次熔盐法制备核壳结构锂电池正极材料的方法。

本发明制备原料成本低、设备简单、熔盐可回收再利用，没有固、液、气废弃物的排放。本发明公开的单晶体/异质层核壳结构，核部分提高镍含量(高镍三元材料)来提升电池容量，壳部分(低镍三元材料)提高锰含量来改善材料的结构稳定性。核与壳具有类同的晶格结构，也可缓解两者界面晶格失配现象。相比于其他惰性表面包覆材料(指不能够储锂的材料)，低镍三元材料作为异质包覆层既可改善高镍三元材料表面稳定性，又可作为正极材料参与充放电电化学反应。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：本发明提供了高镍三元单晶体，所述高镍三元单晶体的化学式为LiNi_xCo_yMn_zO₂，其中，x+y+z＝1，1＞x≥0.7。