[发明专利]一种层状结构耐高压锂离子电池正极材料及其合成方法和应用

说明书

本发明涉及层状结构耐高压锂离子电池正极材料，分子式为：Li(Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1)_xM_1‑xO₂@Z，0.005≤x≤0.02，掺杂元素M为Ce、Zr、Ge或Gd，Z为M与表面残锂相结合形成锂的氧化物。合成方法，将M源、锂源及Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1(OH)₂共混，并在氧气气氛下以一定的速率进行升温，于一定温度下保温一定时间，再于一定温度下煅烧，得到Li(Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1)_xM_1‑xO₂@Z。层状结构耐高压锂离子电池正极材料在锂离子电池中应用。提升了材料的高压工作稳定性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种层状结构耐高压锂离子电池正极材料及其合成方法和应用。

背景技术

为了应对能源危机与环境污染，发展清洁能源迫在眉睫，在低碳经济背景下，发展新型能源成为节能减排的重要途径之一，作为新型的锂离子正极材料之一，富镍层状正极材料LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂(简称NCM)具有比容量高，循环性能和倍率性能良好，清洁而安全等优点，是当前锂离子电池发展的研究热点。

为进一步提升其能量密度，满足当前电动汽车对续航里程的要求，提升镍含量和工作截止电压成为当前工作重点。然而，在实际应用中，尤其是高压工作条件下，会遇到一系列难以解决的问题，如：电解液分解、晶间晶内裂纹产生、氧气的释放及结构退化等最终会导致材料的失效，目前，安全问题已成为制约锂离子电池向大型化、高能化方向发展的瓶颈。

尤其在高压条件下，富镍层状材料本身的结构缺陷以及不稳定的界面化学性质会加速电化学性能的恶化，热力学稳定性和安全性能也大大降低，因此，在循环过程中，稳定材料本身晶体结构以及构建稳定的电极-电解质界面是解决上述问题的关键。

CN111172510A公开了一种高镍三元正极材料Al₂O₃/Al复合改性层的化学气相沉积制备方法。其特征在于利用AlCl₃和Al粉作为反应原料，基于反应原理，通过调控区间的温度差，定向将反应原料中的Al以气相形式运输至高镍三元正极材料表面，与材料表面的残余碱性成分发生反应，生成具有保护作用的复合涂层，进而提升高镍三元正极材料的循环寿命和安全性。

虽然该方法不引入杂相，能够有效降低碱度，但只对材料的表面进行修饰，有一定的局限性，尤其是高电压工作下，相转变抑制效果有限，其次，气相沉积法较为繁琐，成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种层状结构耐高压锂离子电池正极材料及其合成方法和应用，以克服上述现有技术中的不足。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种层状结构耐高压锂离子电池正极材料，分子式为：Li(Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1)_xM_1-xO₂@Z，0.005≤x≤0.01，掺杂元素M为Ce、Zr、Ge或Gd，Z为M与表面残锂相结合形成锂的氧化物。

进一步，掺杂元素M源选自M的氧化物、M的磷酸盐或M的硝酸盐中的任意一种。

一种层状结构耐高压锂离子电池正极材料的合成方法，包括如下步骤：