[发明专利]一种用于锂离子电池的正极材料及其制备方法和锂离子电池

说明书

本公开涉及一种用于锂离子电池的正极材料，该正极材料包括基体颗粒、包覆在所述基体颗粒上的第一包覆层和包覆在所述第一包覆层上的第二包覆层；所述基体颗粒含有LiNi_xMn_yCo_zM_{1‑x‑y‑z}O₂，其中0.80≤x≤0.90，0.02≤y≤0.05，0.05≤z≤0.1，M为Mg、Ba、B、Al、Si、P、Ti、Zr、Nb中的至少一种；所述第一包覆层含有钴酸锂；所述第二包覆层含有过渡金属的氧化物。本公开提供的正极材料可以有效降低正极材料表面的碱含量，降低正极材料的比表面积，提高正极材料的热稳定性。

技术领域

本公开涉及材料领域，具体地，涉及一种用于锂离子电池的正极材料、制备该正极材料的方法和含有该正极材料的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池由于具有能量密度高、循环性能好等优点被广泛应用于电子产品、汽车、航天等各个领域。研究学者发现高镍正极材料因具有高容量、价格低廉的优点，正在逐渐替代LiCoO₂正极材料，但高镍正极材料循环性能较差、过高的镍含量会导致循环性能和安全性能大幅降低。为了很好地形成层状结构，合成过程中需放入过剩的锂源，合成后产生Li₂O这种未反应的锂氧化物，这种未反应的锂氧化物和空气中的水和二氧化碳等发生反应形成LiOH、Li₂CO₃残留在正极材料表面。高镍正极材料大幅增加的表面残留碱性杂质，会引起锂离子电池在充放电过程中产气问题严重，从而产生电池膨胀变形、循环搁置寿命变短以及安全隐患等问题。因此高镍正极材料表面高的残余碱含量，成为制约其应用于高能量密度动力电池的关键因素之一。

目前降低正极材料表面残余碱含量的方法之一是使用金属氧化物、金属氟化物等作为表面包覆层。例如CN111106328A使用了包括钴和第2族元素、第12族元素、第13族元素、或其组合的金属氧化物作为包覆层；CN109428074A使用了具有尖晶石晶体结构的锂钴复合氧化物作为包覆层；CN106953070A和CN105280893A使用了导电材料(含碳材料、氧化铟锡、RuO₂和ZnO)、金属氧化物和无机氟化物作为包覆层。

但是，现有的具有表面包覆层的高镍正极材料的电化学性能仍然难以令人满意。

发明内容

为了进一步提高具有表面包覆层的高镍正极材料的电化学性能，本公开的第一方面提供了一种用于锂离子电池的正极材料，该正极材料包括基体颗粒、包覆在所述基体颗粒上的第一包覆层和包覆在所述第一包覆层上的第二包覆层；所述基体颗粒含有LiNi_xMn_yCo_zM_1-x-y-zO₂，其中0.80≤x≤0.90，0.02≤y≤0.05，0.05≤z≤0.1，M为Mg、Ba、B、Al、Si、P、Ti、Zr、Nb中的至少一种；所述第一包覆层含有钴酸锂；所述第二包覆层含有过渡金属的氧化物。

可选地，相对于100重量份的所述基体颗粒，所述第一包覆层的含量为0.1-1.5重量份；相对于100重量份的第一包覆层包覆后的基体颗粒，所述第二包覆层的含量为0.1-1.0重量份；优选地，相对于100重量份的所述基体颗粒，所述第一包覆层的含量为0.3-0.9重量份；相对于100重量份的第一包覆层包覆后的基体颗粒，所述第二包覆层的含量为0.3-0.6重量份；所述第一包覆层和所述第二包覆层的总厚度为0.1-500nm，优选为1-200nm。

可选地，所述基体颗粒为单晶颗粒和/或多晶颗粒；所述单晶颗粒的粒径为0.1-5μm，优选为2-3μm；所述多晶颗粒的粒径为5-15μm，优选为6-12μm；所述过渡金属为钌、铑、钯、铜和钼等中的至少一种，优选为钌；优选地，所述含有过渡金属的氧化物为纳米氧化钌，所述纳米氧化钌的粒径为10-50nm；所述正极材料的比表面积为0.3-1.5m²/g，优选为0.35-0.7m²/g。