[发明专利]一种正极材料及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明提供了一种正极材料及其制备方法和锂离子电池。所述正极材料包括基体和包覆在所述基体上的包覆层，所述基体为高镍三元材料，所述包覆层为含有Al、Co和Mn的复合氧化物包覆层。所述制备方法包括：1)将基体前驱体与锂源混合后，进行煅烧，得到基体材料；2)将铝源、钴源和锰源在溶解剂中混合，加入共沉淀剂，静置反应，之后固液分离得到包覆材料；3)将基体材料与包覆材料混合后，进行热处理，得到所述正极材料。本发明提供的正极材料可以很好地解决高镍三元材料存在的安全性问题和循环稳定性问题，降低正极材料表面残碱量，具有低残碱、低混排度、高电导率、高容量和高循环效率等优点。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，涉及一种正极材料及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

伴随着传统化石能源的高强度消费和价格的持续上涨。新能源的开发利用越来越受到政府的高度关注。目前发展新能源汽车已作为重要的国家战略之一，加快推进技术研发和产业化迫在眉睫。新能源汽车发展的主要瓶颈在动力电池。作为主流发展方向的锂离子动力电池要达到电动汽车对动力电池的要求，仍然面临着诸多挑战，包括：成本、安全性、能量密度和循环寿命问题。而要解决上述问题的关键之一，就是开发高性能的动力电池正极材料。

目前在国内广泛采用磷酸铁锂作为动力型锂离子电池的正极材料，而日韩则大量采用三元与尖晶石锰酸锂的混合体系作为动力电池正极材料。磷酸铁锂虽具备高安全性、长循环寿命等优点，但其能量密度较低，其理论容量170mAh/g，放电压为3.2V，已基本没有提升空间来满足越来越高续航要求的车用动力电池。三元与尖晶石锰酸锂的混合体系虽能量密度高，但离实际电动车对电池的要求仍然有较大距离。且由于尖晶石锰酸锂较差的高温循环性，导致该类材料在高温寿命方面难以满足电动汽车发展的要求。NCA正极材料由于具有很高的可逆比容量(可以达到200mAh·g-1以上)，良好的循环稳定性能，有望在即将到来的动力电池领域占有一席之地。这其中高镍正极材料被认为是最有应用前景的正极材料之一。

高镍正极材料具有价格低、毒性小，同时具有很高的放电比容量和能量密度高等优点。

然而目前以高镍材料作为正极材料的锂离子电池普遍存在着存储和安全性能的问题，同时循环性能也有待改善。研究表明，高镍正极材料由于表面游离锂与空气中的水分和二氧化碳发生反应，导致材料表明残碱量偏高，同时高镍正极材料中结晶水和痕量水的存在，导致以高镍材料作为正极材料的锂离子电池发生产气和安全性能问题。因此，如何改善高镍正极材料对水分的敏感性以及以高镍材料作为正极材料的锂离子电池的安全性和循环性具有非常重要的意义。

目前针对以高镍材料作为正极材料的锂离子电池存储和安全性能以及循环性能问题，解决方法主要集中在表面金属氧化物的包覆、表面聚合物的包覆以及表面处理等改性手段。

目前三元材料的改性方法主要采用掺杂和包覆两种大方法，但经过改性后的材料容量会受到影响

CN106920934A涉及基于高镍材料的钴镁共掺杂改性三元前驱体及其正极材料的制备方法，其化学分子式为Li(Ni_xCo_yMg_z)O₂，其中x+y+z＝1，x≥0.85，0.14≥y≥0.05，0.1≥z≥0.01，属于锂离子电池电极材料领域。将镍钴镁混合溶液、氨水和氢氧化钠混合溶液、氢氧化钠溶液并流加入反应釜中，共沉淀反应后，得到前驱体粉末，进而得到镍钴镁三元正极材料。

CN105047905A公开了一种富镍正极材料的表面改性方法，将正极材料、氧化剂加入到溶剂中分散均匀后，经烘干、烧结、洗涤、干燥、研磨，即得到表面改性的富镍正极材料；其中所述溶剂为水或有机溶剂，有机溶剂为甲醇或/和乙醇；正极材料为三元正极材料，其化学式为Li_aNi_xCo_yMn_{1 x y}O₂，其中：0.9a1.05、0.4x0.8、0.05y0.4。