[发明专利]镍钴锰三元复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种镍钴锰三元复合材料及其制备方法和应用。所述镍钴锰三元复合材料以质量百分比计，包括：1％～20％的磷酸钒锂以及80％～99％的LiNi_1‑x‑yCo_xMn_yO₂，其中，0.05≤x≤0.2，0.1≤y≤0.3。该镍钴锰三元复合材料在镍钴锰三元正极材料(LiNi_1‑x‑yCo_xMn_yO₂)中加入了一定量的磷酸钒锂，能够：一方面，缓解镍钴锰三元正极材料在高电压条件下界面副反应的发生从而改善材料的循环稳定性；另一方面，磷酸钒锂具有三维的锂离子扩散通道，能够与镍钴锰三元正极材料相协同，提高材料的导电性能，改善材料的大倍率性能。同时，低温条件下的大倍率性能得以明显提升。

技术领域

本发明涉及电池材料，特别是涉及一种镍钴锰三元复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池作为目前重要的新型绿色能源，它已经广泛地应用到人们的生活当中，其中，锂离子电池镍钴锰三元系层状正极材料(以下简称三元正极材料)，即LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂，相对于单一组分层状材料如LiCoO₂、LiNiO₂和LiMnO₂，具有成本低、可逆比容量大、循环性能好等优点，是一种具有良好应用前景的正极材料之一。然而三元正极材料也存在离子导电率较低、高电压条件下界面副反应严重等缺点，限制了其在大倍率电流充放电情况下的可逆容量、低温性能以及高电压条件下的循环稳定性。

有研究提供一种表面高密度位错的三元正极材料的制备方法。所述方法是首先将三元正极材料浸泡在酸性缓冲溶液中一定时间，在随后的惰性气体氛围中退火煅烧时，调控煅烧时间及温度并最终在材料表面形成大量氧空位。由此保证材料的颗粒完整性，降低电解液对正极材料的侵蚀，同时降低界面副反应，从而提高材料在循环充放电过程中的循环稳定性。但是该方法需要对三元正极材料进行酸蚀、煅烧等操作，流程较为复杂，且较难进行质量控制以保证材料颗粒的完整性，同时，该方法未涉及三元正极材料大倍率电流充放电情况下的电池的可逆容量相关的研究以及在高电压条件下电池的循环稳定性。

另有研究涉及一种基于改性纳米管修饰的三元正极材料，其由改性碳纳米管和前驱体制得；所述改性碳纳米管包括氮改性碳纳米管或硼改性碳纳米管中的一种或两种。该方法通过改性纳米管对三元正极材料进行修饰，能够一定程度上改善材料电子导电率低、倍率性差等问题，但是未涉及高电压条件下电池的循环稳定性研究。

还有研究涉及一种高功率高能量密度的锂离子电池制备方法，其正极材料为Li(Ni_0.6Co_0.2Mn_0.2)O₂/碳纳米管复合三元材料，内核空心，外核具有双层结构，第一层为Li(Ni_0.6Co_0.2Mn_0.2)O₂，外层为碳纳米管。经过一定的制备方法，制备出的材料形貌规整、均一，较大颗粒不规则的形貌具有更好的电导率，可以降低颗粒间隙并提高材料的压实密度和电导率。通过化学气相沉积法，在三元材料表面沉积高导电率的碳纳米管，可以进一步提高锂离子电池的电导率和倍率性能。但是该方法需要以聚苯乙烯胶体粒子为微球核模板结合化学气相沉积法在Li(Ni_0.6Co_0.2Mn_0.2)O₂材料的表面生长碳纳米管，工艺复杂，难以实现规模化应用，同时，其也未涉及高电压条件下电池的循环稳定性研究。

发明内容

基于此，本发明提供一种镍钴锰三元复合材料及其制备方法和应用。该镍钴锰三元复合料能够具有良好的大倍率性能和高电压条件下的循环稳定性。

本发明的一方面，提供一种镍钴锰三元复合材料，以质量百分比计，包括：