[发明专利]一种焦磷酸铈包覆改性锂离子电池三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种焦磷酸铈包覆改性锂离子电池三元正极材料及其制备方法，其由锂镍钴锰或锂镍钴铝氧化物三元正极材料以及包覆三元正极材料表层的焦磷酸铈组成；锂镍钴锰氧化物和锂镍钴铝氧化物的化学式分别为：LiNi_xCo_yMn_1‑x‑yO₂和LiNi_xCo_yAl_1‑x‑yO₂。本发明中焦磷酸铈包覆改性锂离子电池三元正极材料可以显著提升正极材料截面稳定性，从而提升材料界面荷电粒子传导性能；而且可以有效阻断电化学界面副反应的发生，改善了其在高截止电压/高倍率下的循环性能。本发明中焦磷酸铈包覆改性锂离子电池三元正极材料的制备方法，对正极材料的处理过程不存在酸性条件，避免了酸性条件对正极材料的毒害作用，可以通过二次高温处理减除材料表面惰性岩盐相厚度，提高材料的初始电化学表现。

技术领域

本发明属于锂二次电池正极材料技术领域，具体涉及一种焦磷酸铈包覆改性锂离子电池三元正极材料及其制备方法。

背景技术

能源、环境问题关系到每个社会个体的日常生活，也与国家的发展有非常紧密的联系。随着经济社会的发展，单一的传统化石能源已经无法满足经济社会发展的需求，而人们的观念也随着生活的改善发生了变化，环境问题引起了越来越多人的重视。针对上述现实问题，我国近期提出：在2030年之前实现“碳达峰”目标，在2060年之前实现“碳中和”目标，在上述目标的实现过程中，能源结构的转变是绕不开的话题。作为21世纪应用最为广泛的化石能源替代品之一，化学能源是能源结构转变的重要一环，而在众多种类的化学电源中，锂离子电池以其高能量、低成本等优势脱颖而出，成为各种应用市场能源设备的宠儿。

随着锂离子电池应用的日益广泛，市场对其性能的要求也日渐提高，除了高能量和可接受的成本以外，人们对电池的循环性能以及安全性能也有更高的要求。作为一种应用广泛的锂离子电池正极材料，锂镍钴锰(铝)氧化物(LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂/LiNi_xCo_yAl_1-x-yO₂)被广泛运用于电动汽车动力电池、3C数码等产品领域。其较高的能量表现吸引了学术界、产业界的广泛研究。然而，随着钴元素的加入，电池的成本被一定程度的提高。成本的调控与能量的进一步增长的需求要求镍含量的进一步提高，这带来了材料热稳定性以及循环寿命的下降。由于Ni³⁺离子的不稳定性，材料在电池的合成过程中会发生Ni³⁺离子的还原，这会导致材料表面碱度的上升，在循环过程中发生的Ni3+离子还原会导致晶格氧的释放引起电池安全问题。此外，过渡金属离子(TM²⁺)在电解液中的溶解会导致材料晶格结构发生恶化。上述问题导致会导致材料产生无序的Ni-O相以及结构衰退，微观表现就是材料发生H2→H3的不可逆相变，严重影响电池的循环寿命以及安全表现。因此，寻求一个高效可行的改性策略成为了高镍型(Ni含量≥60％)锂镍钴锰氧化物正极材料获得进一步广泛应用的关键。

发明内容

本发明的目的是提供具有稳定界面性质与延缓相变的焦磷酸铈包覆改性锂离子电池三元正极材料及其制备方法，本发明经过包覆改性的三元正极材料具有更好的循环稳定性、更高的倍率性能。

本发明这种焦磷酸铈包覆改性锂离子电池三元正极材料，由锂镍钴锰或锂镍钴铝氧化物三元正极材料以及包覆三元正极材料表层的焦磷酸铈组成；其中：锂镍钴锰氧化物和锂镍钴铝氧化物的化学式分别为：LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂和LiNi_xCo_yAl_1-x-yO₂，0.5＜x＜1，0＜y＜1，且满足0＜x+y＜1；焦磷酸铈化学式为：CeP₂O₇。