[发明专利]复合型锂离子电池正极材料及锂离子电池正极以及锂电池、电池模组、电池包和车

说明书

本发明涉及电池材料技术领域，公开了一种复合型锂离子电池正极材料及锂离子电池正极以及锂电池、电池模组、电池包和车。正极材料内核为锂镍钴锰氧材料，表层为掺杂有元素E的锂镍钴氧材料，E的含量呈递减趋势，内核和表层之间过渡层为Li_1+mNi_{1‑x‑y‑z}Co_xMn_yE_zO₂，0≤m≤0.1，0.01≤x≤0.1,0.01≤y≤0.1,0.01≤z≤0.1；E为Al、Zr、Ti、Y、Ba和Sr中的至少一种。该正极材料结构具有良好的稳定性，该正极材料的倍率、循环和存储性能相对于传统的锂镍钴锰氧材料得到了显著提高，以及能够降低锂镍钴锰氧材料中的Li/Ni混排。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，具体地涉及一种复合型锂离子电池正极材料及锂离子电池正极以及锂电池、电池模组、电池包和车。

背景技术

锂离子电池已经广泛应用于便携式电器，电动汽车，大规模储能和其他电源装置中。而锂离子电池的主要成本和性能瓶颈在于电池内部材料，包括正极、负极、电解液和隔膜。在这四种主要材料中，正极材料的优劣又是限制锂离子电池性能的关键所在。

目前商业化的正极材料主要包括单独使用的高镍NCM和NCA以及表面修饰改性处理的NCM正极材料。

其中，NCM的优缺点：Ni含量≥80％的NCM，表面结构不稳定，极易在表面生成岩盐层结构；Ni含量高的三元材料其表面残碱含量较高，易在制浆过程中生成凝胶，加工性能差；Ni含量高的三元材料的热稳定性差，其在高电压以及高温环境中易析氧，造成热失控。

NCA的优缺点：Ni含量≥80％的NCA材料由于Al元素的贡献，结构稳定性和表面稳定性相对NCM更优，但是相同Ni含量的NCA材料相比NCM，其比容量较低。

未包覆的高镍NCM其表面活性相对较高，无论其在大气环境中还是在电池中，都会发生较多的副反应。高镍NCM在大气环境中表面残碱会不断增加，同时还会有岩盐相结构出现；在电池中，其表面会与电解液反应，造成电解液的氧化，电池内部产气，导致电池性能的劣化。

因此，研究和开发一种性能优良的正极材料及其制备方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的未包覆的单独使用的高镍NCM表面存在岩盐相、结构不稳定以及电池性能劣化的问题，提供一种复合型锂离子电池正极材料及锂离子电池正极以及锂电池、电池模组、电池包和车。通过选择合适的前驱体以及反应温度，使得位于材料表面的掺杂元素E在烧结过程中逐步扩散到材料主体中，形成了从内到外依次是锂镍钴锰氧材料(内核)、掺杂有元素E的锂镍钴锰氧材料(过渡层)和掺杂有元素E的锂镍钴氧材料(表层)但并不存在明显的核壳界限的多元素复合结构，掺杂元素E选择Al时，壳层NCA受益于稳定的Al-O键，能够抑制高镍材料的析氧现象，使得该材料获得良好的表面结构稳定性；内层NCM由于高镍(Ni80％)的设计，具备更高的克容量；同时得益于NCA壳层的保护，高镍NCM内层不会出现层状向盐岩层的转变，始终保持稳定的层状结构，从而保障了该材料稳定的循环性能和倍率性能；另外，在烧结过程中形成的NCMA过渡层，不但兼具以上所提及的壳层和内层的优势，同时还为循环过程中内层和壳层产生的膨胀收缩提供缓冲，从而保证内外层在循环过程中不会因膨胀收缩的不同造成颗粒开裂，性能劣化的现象。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种锂离子电池正极材料，其中，所述正极材料的内核为锂镍钴锰氧材料，所述正极材料的表层为掺杂有元素E的锂镍钴氧材料，在所述内核和表层之间存在过渡层，所述过渡层为掺杂有元素E的锂镍钴锰氧材料，其中，沿所述正极材料从外到里的方向，所述元素E在所述过渡层中的含量呈递减趋势；