[发明专利]NCMA四元系材料及其制备方法、锂电池正极材料及锂电池

说明书

本发明提供了一种NCMA四元系材料及其制备方法、锂电池正极材料及锂电池。该NCMA四元系材料包括NCMA四元正极材料和包覆层，该包覆层包括Co₃O₄和V₂O₅。通过上述Co₃O₄和V₂O₅的共包覆层，既能解决材料表面的残碱问题，同时又能抑制NCMA四元正极材料中的过渡金属的溶解，以及Co₃O₄和V₂O₅的相互协同作用来进一步提高材料本体电荷传输速率和材料跟电解液之间的离子传输速率，从而促进锂离子的嵌入脱出、减少残锂和NCMA四元正极材料表面的副反应，进而提高NCMA四元正极材料的容量、稳定性等电化学性能。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体而言，涉及一种NCMA四元系材料及其制备方法、锂电池正极材料及锂电池。

背景技术

世界正在经历着电动化革命，它体现在移动电子产品、交通运输以及储能等各行各业。为支持电动化革命的进程，发展性能更优异的电池是全世界科学家共同努力的目标。锂离子电池已经成为目前应用最为广泛的电化学动力源，这种电池中最具代表性的就是正极和负极中的锂离子在嵌入与脱嵌时化学电位的变化而产生电能的锂二次电池(LIBs)。而正极材料对LIBs的性能有直接主导的作用，因此许多研究人员致力于实现容量大、充电/放电速度快、循环寿命长的可进行锂离子可逆的嵌入与脱嵌的正极材料。目前，高镍材料被认为是最有希望的候选材料，因为其可以通过增加镍含量来提高锂离子电池的比容量。但是，由此产生的锂离子电池不良循环稳定性可能会阻碍这种方法的成功。

此外，高镍材料中四元多晶材料相比三元正极材料在安全性和循环稳定性上更有优势，是目前最有发展前景的材料之一。但是四元正极材料在空气中容易进行快速的水分和二氧化碳吸收并与锂源生成锂杂质(LiOH/Li₂CO₃)。这样不仅会导致富镍颗粒高pH值，还会导致正极浆料凝胶化，从而阻挡锂离子的传输通道。对于锂离子脱出嵌入过程，岩盐相和LiOH/Li₂CO₃层都不具有化学活性，这会导致正极高电阻和严重的容量降解问题。在高电压下，不可逆的相变以及金属离子的溶解会直接将NCMA阳极材料暴露在有机电解液中，破坏材料形貌结构。从而降低高镍四元正极材料的电化学性能。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种NCMA四元系材料及其制备方法、锂电池正极材料及锂电池，以解决现有技术中的高镍四元正极材料的电化学性能较低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种NCMA四元系材料，该NCMA四元系材料包括NCMA四元正极材料和包覆层，该包覆层包括Co₃O₄和V₂O₅。

进一步地，上述Co₃O₄和NCMA四元正极材料的质量比为0.001～0.01：1，优选V₂O₅与NCMA四元正极材料的质量比为0.001～0.01：1。

进一步地，上述包覆层的厚度为1～20nm。

进一步地，上述NCMA四元系材料的化学式为LiNi_wCo_xMn_yAl_zO₂，其中，0.88≤w≤0.92，0.03≤x≤0.06，0.01≤y≤0.03，0.01≤z≤0.03，且w+x+y+z＝1。