[发明专利]正极活性材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种正极活性材料及其制备方法和应用，所述制备方法包括：(1)将第一钴源和正极活性材料基体混合并烧结，得到第一包覆正极活性材料；(2)将第二钴源和步骤(1)所述第一包覆正极活性材料混合并烧结，得到所述正极活性材料；其中，步骤(2)所述烧结的温度大于步骤(1)所述烧结的温度。本发明提高了单位面积的包覆量和材料的充放电容量，制备得到的锂离子电池具有较低的内阻、较高的容量和较好的低温性能。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种正极活性材料及其制备方法和应用。

背景技术

镍钴锰三元层状材料LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂具有较高的理论容量和高的反应平台电压，因此成为高能量密度的动力电池体系的首选。目前商用三元材料电池普遍具有较高的Co含量(y≥0.15)，Co矿作为一种稀有矿物资源日益供不应求。为了解决材料成本与钴矿资源有限的问题，越来越多的技术通过降低三元Co含量，开发出低钴三元材料LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂(y≤0.13)。

然而，低钴三元正极材料虽然具有较低的钴含量，但是其整体导电性差、锂离子在晶格中的扩散势垒高，从而带来严重的反应动力学迟滞问题，影响电池的容量发挥。虽然在低钴三元正极材料表面进行包覆能在一定程度上提高材料的导电性，但是现有技术中在高温下长时间烧结的包覆方式会在材料表面形成较大的包覆颗粒，难以包覆均匀且包覆层致密性不足，进一步降低了材料的电化学性能。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种正极活性材料及其制备方法和应用。本发明将正极活性材料基体先与第一钴源混合和烧结，再和第二钴源进行混合和烧结，将钴化合物分批次地包覆在正极活性材料基体表面，能够在正极活性材料基体表面形成致密的包覆层，提高了单位面积的包覆量，提升了离子和电子的导电性，优化了锂离子的扩散性能，进而有效地提高了材料的充放电容量，制备得到的锂离子电池具有较低的内阻、较高的容量和较好的低温性能。

本发明中“低温”指温度不高于-20℃。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种正极活性材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将第一钴源和正极活性材料基体混合并烧结，得到第一包覆正极活性材料；

(2)将第二钴源和步骤(1)所述第一包覆正极活性材料混合并烧结，得到所述正极活性材料；

其中，步骤(2)所述烧结的温度大于步骤(1)所述烧结的温度。

现有技术中钴化合物包覆的正极活性材料都是通过干混及烧结制备的，其将钴的化合物粉末与正极活性材料粉末通过高速混合机等进行物理混合，使钴的化合物通过摩擦、碰撞的方式分散并吸附在正极活性材料表面形成包覆层，并在极高的温度下烧结较长时间，使包覆层固化于正极活性材料表面。这样的制备方法难以形成致密的包覆效果，得到的包覆层呈团聚的点状分布，包覆物疏松地堆积在正极活性材料表面，使锂离子扩散受阻，电池容量较低；且包覆面积小，包覆量较少，材料动力学性能改善有限。

本发明将正极活性材料基体先与第一钴源混合和烧结，再和第二钴源进行混合和烧结，将钴化合物分批次地包覆在正极活性材料基体表面，能够在正极活性材料基体表面形成致密的包覆层，提高了单位面积的包覆量，提升了离子和电子的导电性，优化了锂离子的扩散性能，进而有效地提高了材料的充放电容量，制备得到的锂离子电池具有较低的内阻、较高的容量和较好的低温性能。

优选地，所述第一钴源和第二钴源的总质量与正极活性材料基体的质量的比值为m:(100至m)，其中，m为0.01至2，例如可以是0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1、1.5、1.8或2等，优选为1.9至2。