[发明专利]三元系复合氧化物基体材料、三元正极材料及制备方法与由其制备的锂离子电池

说明书

本公开涉及锂电池技术领域，具体公开了一种三元系复合氧化物基体材料、三元正极材料及制备方法与由其制备的锂离子电池。所述三元正极材料由三元系复合氧化物基体材料制备得到，所述三元系复合氧化物基体材料的化学式为Li_1+nNi_0.4+xCo_{0.6‑x‑y‑z}Al_yB_zO₂，其中，0.00≤x＜0.6，0.01≤y＜0.4，0.01≤z＜0.4，x+y+z＜0.6，0.00≤n＜0.25。本公开解决了现有正极材料的锰溶出问题，提高了镍的稳定性及镍钴铝材料的结构稳定性；并通过去除材料中的磁性物质及材料表面的残锂，提升了三元正极材料的稳定性，使得制备的锂离子电池具有良好的容量性能、循环性能以及高温储存性能。

技术领域

本公开涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种三元系复合氧化物基体材料、三元正极材料及制备方法与由其制备的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池凭借其高能量及功率密度、较长的循环寿命等优点正在汽车动力系统中广泛使用。目前，市场上适用于锂离子动力电池的三元正极材料主要包括磷酸铁锂、三元材料(镍钴锰酸锂及镍钴铝酸锂)、钛酸锂等，但由于磷酸铁锂、锰酸锂及钛酸锂电池的容量低，消费者存在里程焦虑，高能量密度的高镍三元正极材料成为了目前研究最热的动力电池三元正极材料。

三元正极材料，特别是高镍型三元正极材料，普遍存在储存和安全性能的问题。其主要原因是三元正极材料表面的游离锂会与空气中的水及CO₂反应，生产LiOH和Li₂CO₃，使表面残锂含量高。残留的LiOH容易与电解液中的LiPF₆发生反应，产生HF，LiCO₃在高温储存过程中会发生分解，产生CO₂，这些气体的产生容易导致电池出现胀气等安全隐患。因此，降低高镍三元正极材料的表面残锂量以提高材料的稳定性具有特别重要的意义。

三元材料中的镍可以提高电池的能量密度，钴可以提升电池的倍率性能，锰可以提高电池的安全性能，但是最新的研究发现锰会在电池反应中溶出，从而影响电池的使用时寿命与性能。同时，镍钴锰体内的锰元素较难稳定更多的镍，而导致目前镍钴锰体系能量密度稍低，续航表现不足。因此，如何降低高镍三元正极材料的表面残锂量以及替代三元材料中的锰的同时，提高电池的稳定性，是本领域亟待解决的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种三元系复合氧化物基体材料、三元正极材料及制备方法与由其制备的锂离子电池和车辆。

为了实现本公开目的，本公开的技术方案如下：

第一方面，本公开提供一种三元系复合氧化物基体材料，其化学式为：Li_1+nNi_0.4+xCo_0.6-x-y-zAl_yB_zO₂，其中，0.00≤x＜0.6，0.01≤y＜0.4，0.01≤z＜0.4，x+y+z＜0.6，0.00≤n＜0.25。

作为优选，0.25≤x＜0.4，0.05≤y＜0.1，0.05≤z＜0.3，x+y+z＜0.6，0.00≤n＜0.25。在该取值范围内，三元系复合氧化物基体材料具有更高的克容量发挥，以及高温存储稳定性。

第二方面，本公开提供一种前述三元系复合氧化物基体材料的制备方法，对三元系氢氧化物进行热处理，得到氧化物；再将所得氧化物和锂盐进行混合，将混合物烧结，得到所述三元系复合氧化物基体材料；