[发明专利]一种高镍正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种高镍正极材料及其制备方法和应用，所述高镍正极材料为核壳结构，核材料和壳材料的结构分别如式Ⅰ和式II所示，其中，M为金属元素，0.6≤b≤1，所述核材料和壳材料的摩尔比为1:a，所述0a≤1。本发明通过在高镍正极原材料表面原位生长，形成核壳结构的高镍正极材料。一方面，所述高镍正极材料可以实现一次制成正极极片，在充电时通过壳材料对负极产生补锂效果来提升电池的能量密度，不需要额外添加补锂材料，工艺简单，补锂效果好；另一方面，利用该高镍正极材料所得的电池，可以在首次充电后，在高镍正极材料表面形成一层保护层，提升电池的稳定性和安全性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种高镍正极材料及其制备方法和应用，特别涉及一种具有对负极补锂作用的高镍正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

新能源汽车对锂离子动力电池有四项最主要的要求，即电池的能量密度高、日历寿命长、安全性能高和制造成本低。目前动力电池已经开始使用比容量超过205mAh/g的高镍三元正极材料(NCM或NCA)，制成的单体电池能量密度高于300Wh/kg。搭载高比能高镍体系动力电池的新能源车，续航里程可以超过500km。使用高镍正极材料，符合低钴/无钴化产业发展要求，是降低成本的必然趋势。

尽管如此，锂离子动力电池的寿命问题是仍然限制其广泛应用的第一个因素。制造高能量密度的动力电池，需要选用高比容量的含硅负极材料，在设计良好的正负极NP比后，电池能量密度才能发挥。但是，在首次充电过程中，由于电解液与负极发生副反应，在硅负极材料表面会形成一层SEI膜；在循环过程中，由于硅负极材料的体积变化，SEI膜会不断消耗和修复。这两个过程都会消耗电池中的锂离子，造成不可逆的容量损失，降低电池循环寿命。为了改善这一问题，需要对负极进行补锂。第一种方法是利用金属锂对负极补锂，由于金属锂与水会发生剧烈反应，所以要求操作环境水含量极低，具有一定的安全风险。第二种方法是利用高浓度电解液对负极补锂，由于会消耗电解液中的锂离子，最终影响电池功率性能。第三种方法是利用高容量低首效的正极补锂材料，该方法可以避免安全问题并保证功率性能。

CN110218078A公开了一种补锂材料Li₂NiO₂及其制备方法及应用。其公开的补锂材料选用了Li₂O、Ni₂CO₃、Al(OH)₃以丙酮为介质，在保护气氛下进行球磨混合并烘干，然后在保护气氛中依次进行低温烧结、球磨、压片、高温烧结，最终制成Li₂NiO₂补锂材料。

CN108735526A公开了补锂材料Li₂NiO₂的制备方法、使用该Li₂N_iO₂的锂离子电容器。选用Li₂O和NiO在保护气氛下球磨混合和高温烧结，并进一步在保护气氛下进行表面Al₂O₃包覆和高温烧结，最终制成Al₂O₃表面包覆的Li₂NiO₂补锂材料。用含有补锂材料制成的电池在预嵌锂制度(首次充电到4.35V，后续2.2～3.8V进行10次循环)下可以在首次实现对负极较好的补锂效果。

CN110854382A公开了正极补锂材料、包含正极补锂材料的正极及其制备方法。其公开的正极补锂材料包含Li₂NiO₂等首次脱锂容量高于300mAh/g的补锂材料，中值粒径低于1.5μm和制作厚度低于10μm的正极补锂材料层，可以有效提升高锂离子电池的能量密度并显著改善锂离子电池的穿钉安全性。