[发明专利]高镍三元正极材料及其制备方法、锂离子电池

说明书

本发明提供了一种高镍三元正极材料及其制备方法、锂离子电池。该高镍三元正极材料包括：三元正极材料基体，其化学式为LiNi_XMn_YCo_1‑X‑YO₂，0.6≤X≤0.90，0.05≤Y≤0.15；第一包覆层，包覆在三元正极材料基体的外表面，其材料为LiM_ZO，M为过渡金属元素；第二包覆层，包覆在第一包覆层的远离三元正极材料基体的外表面，其材料为LiNi_aMn_bCo_cO₂，0.3≤a≤0.5，0.2≤b≤0.4，0.2≤c≤0.4，a+b+c＝1。基于此结构，本发明的高镍三元正极材料可以更有效地抑制电解液侵蚀，且其结构稳定性较佳、容量较高。

技术领域

本发明涉及电池领域，具体而言，涉及一种高镍三元正极材料及其制备方法、锂离子电池。

背景技术

在众多潜在可商业化应用的锂离子正极材料中，富镍三元正极材料(NCM)因其具有较高的放电比容量以及低成本优势在众多候选者中脱颖而出。随着锂离子电池在动力电池领域的进一步商业化应用，市售常规NCM正极材料已渐渐地不能满足人们对动力电池能量密度日益增长的需求，提高NCM正极材料的能量密度迫在眉睫。根据以往研究者的发现，提高正极材料的截止电压是一种提高锂离子正极材料能量密度可行的方案。然而，LiPF₆基电解液在高电压下(4.3V)极其不稳定会分解产生HF并诱发一系列的极化反应。HF会进一步侵蚀正极材料中的过渡金属离子并导致正极材料发生不可逆相变，最终表现为正极材料的循环稳定性急剧下降。另外，目前高镍三元正极材料虽然比容量较高，但由于镍离子的高氧化性，导致其存在循环稳定性和热稳定性均较差，故电芯使用寿命较短且存在很大的安全风险，故不能满足动力电池需求。

表面修饰/表面包覆均是抑制电极材料与有机电解液两者之间副反应有效手段。在表面包覆领域，金属磷化物、金属氧化物、快离子导体、导电聚合物等作为包覆材料已经被成功应用于锂离子电池的正极材料，并且都有效改善了电极材料的电化学性能。但是，传统包覆方法或材料总是面临着一些固有的缺陷，例如金属氧化物和金属磷化物作为电化学惰性物质对材料界面的电极动力学性能没有贡献，导电聚合物/快离子导体均只在电子转移或离子传输单一方面起到积极地促进作用。例如包覆方法单一，目前商业的包覆很多都是机械混合后再进行煅烧，这就会造成在循环过程表面的包覆层很容易脱落，进而导致循环后期材料循环性能突减。例如对于高镍三元正极材料很多都为单层或者单种物质包覆，在循环后期很容易脱落，进而导致循环性能下降。

在表面修饰领域，目前主要通过对高镍三元正极材料进行掺杂及表面改性来提高其晶体结构稳定性和表面结构稳定性，进而提高其在锂离子电池循环过程中的循环保持率。但是，对于高镍三元正极材料，前驱体和氢氧化锂及掺杂剂均匀混合高温煅烧后，其表面残余碱(氢氧化锂和碳酸锂)较高，且镍含量越高，其碱性物质残留越高，残碱会造成后期电芯制作匀浆出现浆料不稳定，严重时会出现果冻现象，且残碱会造成电芯产气等不良后果。因此行业内普遍采用水洗的方式进行表面残余碱性物质的去除。然而水洗会对高镍三元正极材料的表面造成侵蚀，造成其表面结构稳定性下降。而且，目前高镍三元正极材料虽然经过表面修饰，但这种这正极材料经过一定循环圈数后材料的颗粒很容易破损，所以在后期循环过程中副反应相当多，而且软包电芯产气也严重，对材料的循环性能有着极其不好的影响。

综上，现有技术中高镍三元正极材料存在或无法有效抑制电解液侵蚀、或结构稳定性较差、或容量较低等的问题。因此，必要开发一种新型高镍三元正极材料，以改善上述问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种高镍三元正极材料及其制备方法、锂离子电池，以解决现有技术中存在的高镍三元正极材料或无法有效抑制电解液侵蚀、或结构稳定性较差、或容量较低等的问题。