[发明专利]正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种正极材料及其制备方法和应用，其通式为Li_aNi_{1‑x‑y‑z}Co_xMn_yAl_zM_bO₂，其中，1.04≤a≤1.08、0.04≤x≤0.08、0.04≤y≤0.06、0.03≤z≤0.09、0.015≤b≤0.06，M为B和选自Zr和Al、Ti、Mg、Na、Ca、Nb、Ba、Si、P、W、Sr中的至少之一。该正极材料相对于现有镍钴锰铝正极材料，掺杂了M离子，通过M离子的掺杂，可降低二价镍离子的含量，进而降低从(003)晶面跃迁至(104)晶面的镍离子量，降低锂镍混排程度，使得正极材料的晶体结构稳定，进而提高材料的循环保持率和热稳定性，以延长材料的使用寿命并提高其安全性。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体而言，本发明涉及正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着个人电脑、摄像机及手机等电子产品的快速普及，作为其电源利用的电池开发引起人们的重视。此外，在汽车领域内，电动汽车和混合动力汽车对锂离子电池的使用寿命和安全性能格外重视。人们不断开发与研究多晶型锂离子电池正极材料，例如LiNiO₃、三元的镍钴锰酸锂和镍钴铝酸锂等，但它们存在循环寿命差、热稳定性低的问题，不符合长里程需求，存在很多安全隐患。同时，对于高镍正极材料，随着镍含量的提高，正极材料的稳定性随之下降，主要表现为循环性能较差、热稳定性差等。

因此，现有正极材料有待进一步改进。

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一种正极材料及其制备方法和应用。该正极材料二价镍离子含量低，锂镍混排程度低，晶体结构稳定，循环保持率和热稳定性较高，使用寿命延长且安全性提高。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种正极材料，根据本发明的实施例，所述正极材料的通式为Li_aNi_1-x-y-zCo_xMn_yAl_zM_bO₂，其中，1.04≤a≤1.08、0.04≤x≤0.08、0.04≤y≤0.06、0.03≤z≤0.09、0.015≤b≤0.06，M为B和选自Zr和Al、B、Ti、Mg、Na、Ca、Nb、Ba、Si、P、W、Sr中的至少之一。

根据本发明实施例的正极材料，该正极材料相对于现有镍钴锰铝正极材料，掺杂了M离子，通过M离子的掺杂，可降低二价镍离子的含量，进而降低从(003)晶面跃迁至(104)晶面的镍离子量，降低锂镍混排程度，使得正极材料的晶体结构稳定，进而提高材料的循环保持率和热稳定性，以延长材料的使用寿命并提高其安全性。

另外，根据本发明上述实施例的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b的取值范围为0.02≤b≤0.03。

在本发明的一些实施例中，所述正极材料具有与LiCoO₂类似的α-NaFeO₂型层状结构，为六方晶系的R-3m空间群。

在本发明的一些实施例中，所述正极材料在(003)晶面2θ角为18.74度附近的衍射峰的半峰宽为0.0550-0.0700。

在本发明的一些实施例中，所述正极材料在(003)晶面2θ角为18.74度附近的衍射峰的半峰宽与在(104)晶面2θ角为44.4度附近的衍射峰的半峰宽的比值为1.45-1.6。

在本发明的一些实施例中，所述单晶正极材料的(003)晶面的衍射峰强度和(104)晶面的衍射峰强度的比值为2.45≤I₀₀₃/I₁₀₄≤3.05。