[发明专利]一种正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种正极材料及其制备方法和应用。所述正极材料包括高镍活性物质基体和包覆于基体表面的保护层，保护层包括纳米保护颗粒、导电剂和粘结剂；其中，所述高镍活性物质的化学式为LiNi_xCo_yMn_zO₂，0.5＜x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1；所述纳米保护颗粒的化学式为LiNi_mCo_yMn_zO₂，0≤m≤0.5，0≤y≤1，0≤z≤1。本发明可以使得电池能够在兼顾能量密度时，有效提高电池的热失控稳定性，使得电池的安全性得以提升。

技术领域

本发明属于锂离子电池的技术领域，涉及一种正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着电动车的发展，电动车的安全性受到越来越多的关注，作为电动车的核心部件，动力电池的安全性直接影响电动车的安全，近年来车企对动力电池安全性能的要求也越来越高，目前国标要求需留给乘客至少5min的逃生时间，从电芯到模组，再到电池包，各个层级都需要考虑安全设计。

目前提高动力电池安全性的关键还是电芯，而要提高的关键点在于电芯发生热失控后的控制，如何保证一个电芯热失控，不会导致整包失控，电芯层级的改善主要有如下三点：1.正极材料：采用高安全正极，比如LFP材料；但是LFP比容量低，电压低，将会极大程度牺牲能量密度；2.负极材料：采用高安全负极，比如LTO材料；然而LTO比容量低，电压低，能量目的较低；3.电解液：添加阻燃添加剂，阻燃添加剂添加到电解液中，将极大恶化电解液的电导率，导致功率性能恶化。因此目前锂离子电池，尤其是动力电池，无法在兼顾能量密度和功率密度下提高热失控稳定性。

CN105244490A公开了一种钴锰包覆的高镍正极材料及其制备方法。一种高镍正极材料，该正极材料包括：复合氧化物颗粒内核和包覆层；复合氧化物颗粒内核，表示其平均物质组成的化学式为：(化学式1)Li_+xNi_yCo_zMn_1-y-zO_2±c，其中，-0.1≤x≤0.1，0.5≤y＜1.0，0＜z≤0.5，-0.1≤c≤0.1；包覆层，被设置于上述复合氧化物颗粒的表面的至少一部分上，至少包括含有锂Li、钴Co和锰Mn的氧化物。但是该方案的缺陷在于，无法降低正极材料表面的残碱量，加工性能差，且制备方法繁琐，包覆层制备过程难以控制。

CN103050681A公开了一种高振实球形三元正极材料的制备方法，其特点是，包括如下步骤：(1)首先合成出前躯体，具体是先将去离子水作为底液加入反应釜中，然后将镍盐、钴盐、锰盐的混合盐溶液和碱性水溶液及络合剂按体积比为15-20:15-20:1同时加入反应釜中；(2)搅拌以进行表面处理，然后进行过滤，干燥制得三元正极材料最终的前躯体；(3)将得到的最终的前躯体与碳酸锂按摩尔比为1:(0.5～0.525)进行均匀混合烧结，最后冷却。然而，该文献中得到的正极材料，在实际使用过程中，高镍三元正极材料在倍率、循环性能及安全性能等方面存在明显的问题。

因此如何使电池在兼顾能量密度和功率密度的前提下提高热失控稳定性，提高电池的安全性，是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种正极材料及其制备方法和应用。本发明通过在高镍材料表面包覆纳米保护颗粒，可以在不丧失高镍材料本身作为正极活性物质的优势的基材上，使得电池能够在兼顾能量密度时，有效提高电池的热失控稳定性，使得电池的安全性得以提升。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种正极材料，所述正极材料包括基体和包覆于所述基体表面的保护层，所述基体包括高镍活性物质，所述保护层包括纳米保护颗粒、导电剂和粘结剂；