[发明专利]一种锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池正极材料相关技术领域，其公开了一种锂离子电池正极材料及其制备方法，该方法包括以下步骤：(1)以三元前驱体Ni_xCo_yMn_1‑x‑y(OH)₂和锂盐为原料进行混合及焙烧以得到三元正极材料LiNi_xCo_yMn_1‑x‑yO₂，0.5≤x≤0.8，0.1≤y≤0.2；将溶解有钴盐和锌盐的甲醇溶液倒入二甲基咪唑的甲醇溶液后进行处理以得到含有钴和锌的双金属有机框架结构；(2)将三元正极材料LiNi_xCo_yMn_1‑x‑yO₂与双金属有机框架结构混合均匀后进行煅烧以得到锂离子电池正极材料，该锂离子电池正极材料包覆有双金属氧化物。本发明结构稳定，导电性较好，且提高了材料倍率性能和循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料相关技术领域，更具体地，涉及一种锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

近些年来，锂离子电池被广泛地应用于生活的方方面面，从便携式的电子器件到电动汽车和大规模储能系统都离不开它们的存在。因此，为了满足人们对电池更高能量密度的要求，高安全性和长寿命的需求，如何开发新型电极材料和改性原有商用化材料成为了研究的热点。目前，普遍使用的锂离子电池正极材料为钴酸锂、磷酸铁锂和三元材料，三元材料NCM和NCA因其较高的放电比容量和较低的成本被认为有望取代钴酸锂和磷酸铁锂，成为下一点广泛使用的动力电池正极材料。然而，高镍三元材料因为其镍元素的高含量，并且镍离子和锂离子的离子半径大小较为接近，在材料制备和电化学循环的过程中容易发生锂镍混排这一现象，从而造成材料结构的不稳定，使得材料断裂、粉化。另外，在充放电循环过程中，由于电解液与电极材料的直接接触，接触面上发生一系列的副反应，导致表面相变的发生，造成电池的容量逐步下降。

为了缓解以上存在的问题，采用的常规做法是对三元正极材料进行表面包覆，在包覆方面，湿化学法例如溶胶凝胶和共沉淀法常常会向原材料引入一些杂质并且导致一些颗粒聚集和不规则的裂缝，从而影响了包覆的完整性；其他的方法例如化学气象沉积和原子层沉积虽然能够使包覆层致密和连续，但是往往所得到的包覆层不是多孔的，导电性也较差，这使得锂离子从包覆层传递到内层活性材料的过程受阻。相应地，本领域存在着发展一种导电性较好的锂离子电池正极材料及其制备方法的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种锂离子电池正极材料及其制备方法，其基于现有锂离子电池正极材料的工作特点，研究及设计了一种导电性较好的锂离子电池正极材料及其制备方法。该制备方法选用的包覆前驱体为含金属钴和金属锌的双金属ZIF，ZIF是一种由过渡金属离子与有机配体有机咪唑脂通过自组装形成的具有周期性网络结构的晶体多孔材料，且通过简单易行的机械混合和热处理方法，将无定型的双金属氧化物包覆在三元正极材料上面，该包覆层在不抑制锂离子传输的前提下保护了正极材料与电解液直接接触，维持了结构稳定，使得包覆改性后的材料倍率和循环性能均得到较大幅度的提升，导电性较好。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种锂离子电池正极材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

(1)以三元前驱体Ni_xCo_yMn_1-x-y(OH)₂和锂盐为原料进行混合及焙烧以得到三元正极材料LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂，其中，0.5≤x≤0.8，0.1≤y≤0.2；同时，将溶解有钴盐和锌盐的甲醇溶液倒入二甲基咪唑的甲醇溶液后进行处理以得到含有钴和锌的双金属有机框架结构；