[发明专利]正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种正极材料及其制备方法和应用，所述正极材料包括基体及其表面的包覆层，所述基体为通式LiNi_xCo_yMn_{1‑x‑y‑z}M_zO₂所示的化合物，其中，M为掺杂金属元素，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤0.2，0≤x+y+z≤1，且x、y、z不同时为0；所述包覆层为Li₂CO₃。本发明提供的正极材料，将基体表面残余的Li₂O转化为Li₂CO₃，从而提高材料在空气中的稳定性，Li₂CO₃分解生成的Li⁺扩散至负极时，提高整个电池的能量密度，从而提高电池循环性能。同时，本发明提供的正极材料的制备方法简单、生产成本较低，易于大规模工业化生产。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着新能源汽车的快速发展，市场对动力锂离子电池的能量密度及寿命的要求日益提高。作为锂离子电池体系中的重要组成部分，高能量密度、长循环寿命的正极材料面临巨大的市场需求。具备α-NaFeO₂层状结构的富镍三元材料LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂(x≥0.8)结合了LiNiO₂、LiCoO₂和LiMnO₂三种正极材料的特性，同时具有高能量密度、长循环寿命和较高安全性等优点，受到了研究人员的广泛关注。

但是，高镍正极材料目前仍然存在一些问题，限制了其在动力电池上的大规模应用。其中，高镍正极材料残碱量高，使得材料循环产气问题严重，同时也会影响材料制浆以及涂布过程。高镍正极材料表面的残锂，其组分以及含量随着时间以及储存条件逐渐发生变化，初始合成出的正极高镍材料，因为经历了高温热处理过程，因此其表面残锂组分为Li₂O，随着高镍材料在空气中存储时间以及存储条件的变化，表面Li₂O可能会逐渐转变为其他含锂组分，如在水分含量高的储存条件下，表面Li₂O会与空气中的水分反应生成LiOH，生成的LiOH，随着储存时间的延长，还会与空气中的CO₂反应，生成Li₂CO₃。

目前，常用的除去高镍正极材料表面残碱的方法是水洗法，但水洗过程会导致正极材料表面晶体结构发生变化，从而影响了正极材料的首次充放电效率以及循环性能。

鉴于此，有必要提供一种操作简单且有效降低表面残锂，且提高材料的稳定性和循环性能的正极材料及其制备方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术锂离子电池正极材料在去除表面残锂后出现的化学脱锂、晶体结构破坏、材料循环性能降低的问题，提供一种正极材料及其制备方法和应用，该正极材料对表面残锂进行有效利用，提高了正极材料的稳定性和循环性能，且工艺简单、生产成本较低，易于工业化生产。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种正极材料，所述正极材料包括基体及其表面的包覆层，所述基体为通式LiNi_xCo_yMn_1-x-y-zM_zO₂所示的化合物，其中，M为掺杂金属元素，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤0.2，0≤x+y+z≤1，且x、y、z不同时为0；所述包覆层为Li₂CO₃。

优选地，所述基体与所述包覆层的重量比为100：0.1-10。

本发明第二方面提供一种正极材料的制备方法，该方法包括以下步骤：