[发明专利]一种锂离子电池正极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池正极材料及其制备方法与应用。本发明所述锂离子电极正极材料，在高镍材料基础上进行适宜量的Mo、W共掺杂，得到Mo、W共掺杂层状锂离子电池正极材料，利用两者的协同效应，一方面有细化晶粒的作用，大幅度提高材料高倍率性能，同时也优化材料内部结构，形成较强的Mo‑O、W‑O键，稳定材料结构，有助于提高材料循环性能，使得所述正极材料在Mo、W的共掺杂量小于0.01的低含量掺杂下，相对于传统单一掺杂Mo或W的材料，具有更高的放电比容量、倍率性能和长循环性能，有效提高了材料的电化学性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池正极材料及其制备方法与应用。

背景技术

锂离子电池是一种二次电池即充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间往复移动来工作。在充放电过程中，Li⁺在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：而充电时，Li⁺则从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，使负极处于富锂状态；放电时则相反。锂离子电池自上世纪九十年代问世以来，经过二十余年的发展，已经走进千家万户。锂离子电池因其能量密度高、环境相容性好、循环寿命长、自放电率低的优势，已发展成为最常用的储能设备，广泛的应用在便携式电子设备、电动汽车上、航空航天、发电基站、交通工具等领域。尤其是随着环境问题的不断恶化和能源危机的加剧，人们对绿色出行的需求和新的电动装置如高能量密度电动汽车需求的不断提升，特别是近年来，世界各国纷纷发布禁止传统燃料汽车销售时间表，发展更为清洁的动力储能装置和更高能量密度的锂离子电池已迫在眉睫。

现有研究表明，电池的能量密度主要受制于电池的正负极，由于目前硅基负极的理论比容量可以达到4200mAh/g，而常规锂离子电池正极材料比容量却较低(200mAh/g)，这也成为限制电池比能量的主要因素。因此，为了发展高比能电池，就迫切需要寻找具有更高比容量的正极材料。

目前，商业化的锂离子电池正极材料主要有尖晶石锰酸锂(LiMn₂O₄)、磷酸铁锂(LiFePO₄)、钴酸锂(LiCoO₂)和三元正极材料(LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂、LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂、LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂等，这些正极材料均难以达到动力电池对能量密度的要求，同时由于钴价格上升，镍含量高于0.6的高镍三元正极材料成为目前最有效的解决方案。但是，高镍正极材料在充放电过程中，由于不稳定的Ni⁴⁺变多，材料结构容易发生由层状(R-3m)转化为尖晶石相(Fd-3m)，最后到岩盐相(Fm-3m)等系列转变，这种从材料表面到里层逐渐发生的相转变过程导致材料活性物质减少，导致容量发生不可逆衰减，进而影响循环性能恶化。同时，常规高镍材料也存在倍率性能差的问题，一方面，随着镍含量增加，材料的Li/Ni混排严重，抑制了锂离子的扩散，另一方面，高镍材料的一次粒径普遍较大，不利于大倍率下锂离子的传输。提高材料结构稳定性和锂离子传输性能的修饰方法之一是体相掺杂。近年来，掺杂高价态金属离子成为提高高镍材料性能的重要手段之一。