[发明专利]一种正极材料及制备方法、锂离子电池正极和锂离子电池

说明书

本发明公开了一种正极材料及制备方法、锂离子电池正极和锂离子电池，该正极材料包括镍钴锰酸锂，其中，所述镍钴锰酸锂中掺杂有Zr元素；以及形成于所述镍钴锰酸锂表面的包覆层，所述包覆层由H₃BO₃和Al₂O₃组成。获得的正极材料粒径小，包覆层致密，能够有效提高锂离子电池的电化学稳定性和循环性能，降低残碱，减少胀气，提高锂离子电池的综合性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种改性镍钴锰酸锂三元单晶正极材料及其制备方法，还涉及含有该正极材料的锂离子电池正极，以及含有该锂离子电池正极的锂离子电池。

背景技术

随着新能源行业的不断发展，人们对动力电池续航能力的要求也越来越高。正极材料作为锂离子电池的关键材料之一，其性能直接影响到锂离子电池最终的综合性能。

钴酸锂是应用最广的电池材料之一，但钴资源日益匮乏，价格昂贵，且钴酸锂电池在使用过程中存在安全隐患。因此，镍钴锰酸锂的应用逐渐增多。镍钴锰酸锂是锂离子电池的关键三元正极材料，化学式为LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂，其拥有比单元正极材料更高的比容量和更低的成本。随着三元材料中镍元素含量的不断提升，钴元素和锰元素等含量的下降，锂离子电池出现了一些副作用，如正极材料稳定性问题、电解液匹配问题、大电流充电温升过高等引发的电池失效。因此，镍钴锰三元单晶材料应运而生，其不仅仅增强了正极材料的稳定性，也可以将整个体系的电压提升到一个新的高度，为更高能量密度的需求提出了一个解决方案。

公开号为CN110854370A、CN110148744A的中国专利申请中，均公开了一种镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，以金属元素掺杂后再利用Al₂O₃表面包覆，从而改善材料的循环性能和倍率性能等。但现有的包覆剂并不能完全阻止HF对正极材料的侵蚀，包覆后依然会检测出Ni-F、Mn-F，即HF除了与包覆剂Al₂O₃反应外，同样会与NCM本体反应，反应产生的副产物附着在正极的表面，增加了循环过程中的电阻。

此外，公开号为CN109742346A的中国专利申请公开了一种Si/Al共包覆镍钴锰锂离子电池正极材料及其制备方法，该方案能够在一定程度上减少电解液与正极材料的反应。但包覆层仍然不够致密，使得仍有部分电解液会与正极材料反应。

发明内容

有鉴于此，本发明有必要提供一种正极材料及制备方法，通过Zr掺杂以及B/Al共包覆获得改性镍钴锰三元单晶正极材料，该正极材料具有优异的锂离子脱嵌速率、稳定的晶体结构和电化学稳定性，同时残碱低，提高了离子导电率，能够有效减少副反应的发生。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明首先提供了一种正极材料，包括：

镍钴锰酸锂，其中，所述镍钴锰酸锂中掺杂有Zr元素；

以及形成于所述镍钴锰酸锂表面的包覆层，所述包覆层由H₃BO₃和Al₂O₃组成。

进一步方案，所述镍钴锰酸锂由镍钴锰前驱体、Zr掺杂剂和锂源制备而成，所述镍钴锰前驱体和锂源按照摩尔比Li/Me＝1.02-1.08混合，其中，Me为镍、钴和锰摩尔之和。

进一步方案，所述镍钴锰前驱体的化学通式为Ni_1-x-yCo_xMn_y(OH)₂，x＝0.05-0.2，y＝0.05-0.2，1-x-y＝0.6-0.9；

所述锂源选自氢氧化锂、碳酸锂、硝酸锂中的至少一种。