[发明专利]三元正极前驱体及其制备方法、三元正极材料及其制备方法、锂离子电池

说明书

本发明涉及电池正极材料领域，提供了一种三元正极前驱体及其制备方法、三元正极材料及其制备方法、锂离子电池。所述三元正极前驱体材料，包括三元正极前驱体颗粒，以及包覆在所述三元正极前驱体颗粒表面的金属磷酸盐，其中，所述金属磷酸盐中的金属离子选自镧离子、钕离子、钇离子、镨离子、铌离子、钽离子、钐离子中的至少一种。本发明实施例提供的三元正极前驱体材料，可减少由此得到的三元正极材料与电解液之间的副反应，进而提升含有该三元正极材料的电池的循环性能。

技术领域

本申请属于电池正极材料，尤其涉及一种三元正极前驱体及其制备方法，一种三元正极材料及其制备方法，以及一种锂离子电池。

背景技术

锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li⁺在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li⁺从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。锂离子电池由于具有能量密度高、体积小质量轻、放电速率快、自放电率低、循环寿命长、无记忆效应等优点，在数码产品、动力以及储能领域得到广泛的应用。

三元正极材料具有成本低、放电容量大、结构稳定等优点，已成为目前最具有发展前景的新型锂离子电池正极材料之一。三元正极材料表面与电解液接触，实现Li⁺的传递。但是，随着电池循环的进行，三元正极材料表面发生不可逆相变，循环性能逐渐变差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三元正极前驱体及其制备方法，一种三元正极材料及其制备方法，以及一种锂离子电池，旨在解决电池循环过程中，三元正极材料表面发生不可逆相变，影响电池循环性能的问题。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明第一方面提供一种三元正极前驱体材料，包括三元正极前驱体颗粒，以及包覆在所述三元正极前驱体颗粒表面的金属磷酸盐，其中，所述金属磷酸盐中的金属离子选自镧离子、钕离子、钇离子、镨离子、铌离子、钽离子、钐离子中的至少一种。

本发明提供的三元正极前驱体材料，在三元正极前驱体颗粒表面包覆金属磷酸盐，且金属磷酸盐中的金属离子选自镧离子、钕离子、钇离子、镨离子、铌离子、钽离子、钐离子中的至少一种。上述金属磷酸盐具有较好的结构稳定性，对三元正极前驱体颗粒进行包覆后，可减少得到的三元正极材料与电解液之间的副反应，提升含有该三元正极材料的电池的循环性能；此外，上述前驱体阶段共沉淀包覆金属磷酸盐有利于提高包覆均匀性，更大程度提升电池循环性能。

作为本发明三元正极前驱体材料的一种优选情形，所述三元正极前驱体颗粒中掺杂有所述金属离子，且所述三元正极前驱体材料由内往外，所述金属离子的含量梯度增加。采用镧离子、钕离子、钇离子、镨离子、铌离子、钽离子、钐离子中的至少一种对三元正极前驱体颗粒进行梯度掺杂，提升最终三元正极材料体相结构稳定性，减缓正极材料循环过程中的晶相转变，进而提高三元正极材料的循环性能。

作为本发明三元正极前驱体材料的一种优选情形，所述金属磷酸盐选自磷酸镧、磷酸钕、磷酸钇、磷酸镨、磷酸铌、磷酸钽、磷酸钐中的至少一种。采用上述材料对三元正极前驱体颗粒进行包覆，可提高三元正极前驱体颗粒包覆均匀性，最终降低三元正极前驱体颗粒形成的三元正极材料与电解液之间的副反应，提升含有该三元正极材料的电池的循环性能。特别的，当包覆三元正极前驱体颗粒的金属磷酸盐为磷酸镧、磷酸钕、磷酸镨中的至少一种时，由于磷酸镧、磷酸钕、磷酸镨具有独居石结构，具有非常好的结构稳定性，能够进一步提高包覆层的结构稳定性，降低电解液对三元正极材料的影响。

作为本发明三元正极前驱体材料的一种优选情形，所述三元正极前驱体颗粒的粒径为3～16μm。在这种情况下，三元正极前驱体材料的粒径在合适范围，具有较好的压实率，且不会因为粒径过大而容易破碎。