[发明专利]一种组合物、正极材料及锂离子电池

说明书

本发明提供一种组合物，该组合物的核的化学式为Ni_{1‑x‑y‑z}Co_xM1_yM3_z(OH)₂或Ni_{1‑x‑y‑z}Co_xM1_yM3_zCO₃，所述组合物的壳的化学式为Ni_1‑m‑nCo_mM2_nCO₃或Ni_1‑m‑nCo_mM2_n(OH)₂；其中，该M1和M2分别独立地选自Mn和/或Al；该M3选自碱金属元素、碱土金属元素、第IIIA族元素、第IVA族元素、过渡金属及稀土元素中的一种或多种；其中，x、y、z、m、n为摩尔分数，x0，0.01≤y≤0.10，0≤z≤0.02，m0，0.2≤n≤0.4，0.60≤1‑x‑y‑z≤0.96，0.30≤1‑m‑n≤0.70；所述组合物的核与壳的摩尔比为2.33至1。本发明组合物可用于制备性能更加优良的锂离子电池正极材料。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，尤其是涉及一种组合物、正极材料及锂离子电池。

背景技术

随着新能源汽车的推广，动力型锂离子电池得到了极大的发展，同时针对新能源汽车对续航里程的高要求，对其能量密度、高循环性能及高安全性能也有较高的要求。组合物是锂离子电池的关键材料之一，也是阻碍锂离子电池能量密度的关键因素。

目前，国内外三元正极材料厂家所生产的材料多为细小晶粒团聚而成的二次颗粒。然而，二次球形颗粒存在一些亟待解决的问题：(1)二次球结构使得材料结构牢固性差，在电极制备过程中，在使用较高压力进行压实时，二次球易破碎，从而导致材料内部颗粒裸露，与电解液的副反应加剧，金属离子溶出，电化学性能下降；(2)组成二次球的一次颗粒的粒径小，且结构缺陷多，在高电压充分条件下易发生结构坍塌；(3)二次球颗粒内部难以进行结构修饰，充放电过程中界面副反应难以抑制；(4)二次球颗粒容易导致气涨等问题。

研究发现，单晶形貌的正极材料相比于传统二次球结构三元正极材料，不仅具有高电压下更高的比容量和循环稳定性，同时可以有效改善材料的高温性能，胀气等方面的问题，同时，单晶正极材料还具有以下优点：(1)机械强度高，电极压实过程中不容易破碎，压实密度可以达到3.8g/cm³～4.0g/cm³，较高的压实密度可减小材料内阻，减小极化损失，延长电池循环寿命，提高电池能量密度；(2)特殊的一次单晶粒子形貌，比表面积低，有效地减少了材料与电解液之间的副反应；(3)单晶颗粒表面光滑，与导电剂的接触更为充分，有利于锂离子的传输。因此，单晶正极材料的研究将成为锂离子电池材料的研究新方向。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供一种组合物、正极材料及锂离子电池。

本发明第一方面提供一种组合物，所述组合物具有核壳结构，所述核的化学式为Ni_1-x-y-zCo_xM1_yM3_z(OH)₂或Ni_1-x-y-zCo_xM1_yM3_zCO₃，所述壳的化学式为Ni_1-m-nCo_mM2_nCO₃或Ni_1-m-nCo_mM2_n(OH)₂；所述M1和M2分别独立地选自Mn和/或Al；所述M选自碱金属元素、碱土金属元素、第IIIA族元素、第IVA族元素、过渡金属及稀土元素中的一种或多种；所述M3独立地选自碱金属元素、碱土金属元素、第IIIA族元素、第IVA族元素、过渡金属及稀土元素中的一种或多种；