[发明专利]锂离子电池的正极材料及制备方法

说明书

本申请提供一种锂离子电池正极材料，及其制备方法。锂离子电池正极材料包括层状正极材料基体和填充层，层状正极材料基体包括主体板层和锂层。其中，填充层包括第一元素或第二元素，第一元素或第二元素在填充层中的含量高于其在层状正极材料基体中的含量；填充层中的第一元素或第二元素填充于主体板层之间的间隙，或者填充层中的第一元素形成的离子取代层状正极材料基体的阳离子，或者填充层中的第二元素形成的离子取代层状正极材料基体的阴离子。在充放电的过程中，锂离子电池的正极材料中的填充层不随层状正极材料基体发生体积变化，因此具有稳定锂离子电池正极材料结构的作用。

技术领域

本申请涉及材料领域，特别涉及锂离子电池正极材料，用于制备所述锂离子电池正极材料的方法以及锂离子电池。

背景技术

目前，锂离子电池已经广泛用于各种电子设备(例如个人移动终端，个人计算机，穿戴设备，车载终端)中，随着人们对电子设备性能要求的不断提高，对锂离子电池的续航能力和使用寿命也提出了更高的要求。提高锂离子电池的能量密度是提高锂离子电池的续航能力和使用寿命的最主要途径之一。然而在提高锂离子电池的能量密度的同时，所带来的问题是循环寿命的衰减。即在充电的过程中，锂离子从正极材料的晶格中脱出时，晶格会发生剧烈的膨胀收缩变化，最终会导致正极材料晶体内的层状结构坍塌，形成非活性结构，造成不可逆的容量损失。同时，随着晶格的反复膨胀收缩，会导致晶体内部产生应力，形成晶格的错位和滑移，最终导致晶体开裂。电解液与开裂的新鲜的正极材料晶体表面会发生副反应，使正极材料的阻抗增大而导致循环性能的衰减。

发明内容

本申请实施例提供了一种锂离子电池的正极材料及制备方法。本申请实施例所提供的一种具有良好循环性能、较高能量密度以及能够抑制和降低充放电过程中因晶格膨胀收缩所产生的晶格错位，滑移和晶体开裂的离子电池正极材料。

第一方面，本申请公开了一种锂离子电池的正极材料，所述锂离子电池的正极材料包括层状正极材料基体和填充层，所述层状正极材料基体包括主体板层和锂层；其中，所述填充层包括第一元素，所述第一元素在所述填充层中的含量高于其在所述层状正极材料基体中的含量；所述填充层中的所述第一元素填充于所述主体板层之间的间隙，或者所述填充层中的所述第一元素形成的离子取代层状正极材料基体的阳离子。在充放电的过程中，锂离子电池的正极材料中的填充层不随层状正极材料基体发生体积膨胀收缩形变，因此具有稳定锂离子电池正极材料结构的作用。且填充层可以阻碍层状正极材料基体位错的生成及扩大，抑制正极材料基体的层状结构发生开裂，使得正极材料颗粒在循环过程中不易开裂，因此起到了改善正极材料循环性能的作用。

根据第一方面，在一种可能的实现方式中，所述填充层的尺寸为至少一个方向为0.1nm～10nm，至少另一个方向为10nm～2000nm。

根据第一方面，在一种可能的实现方式中，所述第一元素的离子半径为0.04nm～0.08nm之间，以使得第一元素的离子半径与正极材料基体的主体板层中的阳离子半径相近，使得第一元素的离子易于进入正极材料中。

根据第一方面，在一种可能的实现方式中，所述第一元素为Mg，Al，Ni，Mn，Ca，Fe，Ga，Ti，Mo，W中的至少一种。

根据第一方面，在一种可能的实现方式中，所述填充层还包括第二元素，所述第二元素在填充层中的含量高于其在所述层状正极材料基体中的含量；所述填充层中的所述第二元素填充于所述主体板层之间的间隙，或者所述填充层中的所述第二元素形成的离子取代所述层状正极材料基体的阴离子。在充放电的过程中，锂离子电池的正极材料中的填充层不随层状正极材料基体发生体积膨胀收缩形变，因此具有稳定锂离子电池正极材料结构的作用。另外，填充层可以阻碍层状正极材料基体位错的生成及扩大，抑制正极材料基体的层状结构发生开裂，使得正极材料颗粒在循环过程中不易开裂，从而起到了改善正极材料循环性能的作用。

根据第一方面，在一种可能的实现方式中，所述第二元素为F，Cl，C，S中的至少一种。