[发明专利]改性四元正极材料及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了用于锂电池的改性四元正极材料及其制备方法和具有该改性四元正极材料的锂电池。该改性四元正极材料包括：四元正极材料内核；第一包覆层，所述第一包覆层包含Li₂O‑2B₂O₃(四硼酸锂)，所述第一包覆层形成在所述四元正极材料内核的至少部分表面；第二包覆层，所述第二包覆层包含M的氧化物和/或氢氧化物，M为Mg、Al、Zr、Ti、Fe中的至少之一，所述第二包覆层形成在所述第一包覆层的至少部分表面。该改性四元正极材料通过采用Li₂O‑2B₂O₃导电玻璃以及金属氧化物和/或氢氧化物进行二次包覆改性，可以获得优异的容量、首效和循环性能。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体而言，本发明涉及用于锂电池的改性四元正极材料及其制备方法和具有该改性四元正极材料的锂电池。

背景技术

当前，汽车行业在燃油经济性和减排方面面临越来越严格的要求。因此，人们非常关注电动和电动混合动力汽车中使用的可充电锂离子电池。而在锂离子电池中，正极材料起着至关重要的作用。目前，富镍锂过渡金属氧化物被认为是最有前景的候选材料，因为其可以通过增加镍含量来提高锂离子电池的比容量。但是，由此产生的锂离子电池不良循环稳定性和倍率能力可能会阻碍这种材料的应用。

因而，现有的四元正极材料仍有待深入研究。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出改性四元正极材料及其制备方法和用途。该改性四元正极材料通过采用Li₂O-2B₂O₃导电玻璃以及金属氧化物和/或氢氧化物进行二次包覆改性，可以获得优异的容量、首效和循环性能。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种用于锂电池的改性四元正极材料。根据本发明的实施例，该改性四元正极材料包括：四元正极材料内核；第一包覆层，所述第一包覆层包含Li₂O-2B₂O₃，所述第一包覆层形成在所述四元正极材料内核的至少部分表面；第二包覆层，所述第二包覆层包含M的氧化物和/或氢氧化物，M为Mg、Al、Zr、Ti、Fe中的至少之一，所述第二包覆层形成在所述第一包覆层的至少部分表面。

根据本发明实施例的改性四元正极材料，其具有包含Li₂O-2B₂O₃(四硼酸锂，LBO)导电玻璃的第一包覆层以及包含金属(M)氧化物和/或氢氧化物的第二包覆层。LBO是一种具有良好锂离子导电性能的导体，且具有良好的润湿性能和相对较低的粘度，很容易在四元正极材料内核表面形成均匀涂层并包覆四元正极材料内核本体，改善锂离子在正极材料中脱出和嵌入的过程。另一方面，由于M元素包覆的正极材料在高氧化电位下稳定，第二包覆层可以起到更好的支撑作用。在高压充电状态下，大量锂离子嵌出，M可以以离子的形式有效维持晶格结构的稳定，抑制层状结构向尖晶石结构的转变和锂离子/镍离子混排，保留更多的可逆锂位，从而提高材料的可逆放电容量，电池的首效性能也随之提高。此外，材料中M(s)-O(p)键之间的结合力远远大于Ni-O键、Co-O键或Mn-O键的结合力，因而，M元素的包覆还可以有效抑制正极材料在高截止电压下释氧严重、晶格结构不稳定、易发生结构坍塌及相变等情况的发生，从而提高电池的大电流充放电性能和长循环稳定性。综上所述，本发明提供的改性四元正极材料具有优异的容量、首效和循环性能。

另外，根据本发明上述实施例的改性四元正极材料还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述四元正极材料内核具有如式(I)所示的组成，

LiNi_xCo_yMn_zAl_(1-x-y-z)O₂ (I)