[发明专利]核壳结构的锂离子电池正极材料及其制备方法和正极片以及锂离子电池及其应用

说明书

本发明涉及锂电池领域，提供一种核壳结构的锂离子电池正极材料及其制备方法，该正极材料的壳结构组成为聚阴离子锂盐，其化学式为Li_βRAO₄；该正极材料的核结构组成为三元复合正极材料，其结构式为Li_αNi_xCo_yM_1‑y‑xO₂，R选自Mn和/或Fe，A为P和/或Si，M为Mn和/或Al。本发明提供一种正极片和锂离子电池及其应用。本发明提供的核壳结构的锂离子电池复合正极材料，其壳结构材料为一种铁基聚阴离子锂盐，其微观晶体结构非常稳定、其晶体结构中的八面体空位和四面体空位提供了大量供锂离子穿梭的通道，其材料在600℃仍能保证材料稳定，电池使用过程中安全性能好。

技术领域

本发明涉及核壳结构的锂离子电池正极材料及其制备方法和正极片以及锂离子电池及其在新能源汽车中的应用。

背景技术

三元正极材料是目前新能源汽车纯电动乘用车市场应用最广泛的正极材料，具有能量密度高、平台电压高、循环寿命长、高低温性能兼顾等优良性能特点，能够满足新能源乘用车对于续驶里程、高能耗比、快速充电等核心要求。三元正极材料因制备工艺影响，材料PH值较高(＞10)，表面会残留有LiCO₃和LiOH等碱性锂盐物质，三元正极材料随着镍含量的提高，残留碱性锂盐含量成倍提高。

在电池循环过程中，残留碱性锂盐会与电解液中的LiPF₆发生反应形成气体,既改变电解液的成分影响电池的循环寿命，又因气体的存在影响了电池的存储寿命。现有正极材料厂家主要采用共沉淀法在材料表面沉淀包覆一层金属氧化物(如Al₂O₃、MgO、ZrO₂等)，形成核壳结构，通过表面的金属氧化物层阻止三元材料与电解液直接接触，改善循环寿命和存储寿命。

发明内容

本发明所要解决的问题是降低或杜绝三元正极材料表面残留碱性锂盐物质对电解液的影响，提高电池循环寿命和存储寿命。

本发明需要解决的另一个问题是改善核壳结构的锂离子电池复合正极材料，锂离子脱出和嵌入通过壳结构时的离子穿梭传输问题，改善正极极化内阻，降低电池内阻，优化电池热特性。

研究认为，现有技术中采用的共沉淀法在材料表面包覆一层金属氧化物，能在一定程度上改善三元正极材料的性能，但是存在的一些问题仍然会对电池的性能造成影响：

1.共沉淀法制备的金属氧化物包覆层，无法解决三元正极材料表面的残留锂盐物质，只是被包覆在壳结构内。在循环使用过程中，一旦壳结构出现破损，仍然能够与电解液接触并反应，影响电池的循环寿命和存储寿命。

2.金属氧化物包覆层能在一定程度上阻止电解液与三元正极材料直接接触，但是金属氧化物包覆层不具有锂离子穿梭的通道，正极锂离子的脱出和嵌入需从金属氧化物包覆层的空隙中穿梭传输。而包覆层为阻止电解液渗入，要求包覆层致密，导致锂离子穿梭传输困难，增加了正极的极化内阻，宏观影响了电池的内阻和热特性。

为改善技术现状，实现前述目的，根据本发明的一方面，提供一种核壳结构的锂离子电池正极材料，该正极材料的壳结构组成为聚阴离子锂盐，其化学式为Li_βRAO₄；该正极材料的核结构组成为三元复合正极材料，其结构式为Li_αNi_xCo_yM_1-y-xO₂，其中，R选自Mn和/或Fe，A为P和/或Si，M为Mn和/或Al。

根据本发明的第二方面，本发明提供一种制备本发明所述的正极材料的方法，该方法包括：

(1)按计量摩尔比称量锂源、R化合物源、A化合物源、碳源加入到溶剂中；

(2)将步骤(1)中的混合物在密闭条件下搅拌分散，形成溶胶；