[发明专利]一种具有热安全性的高镍锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种具有热安全性的高镍锂离子电池正极材料，化学通式为Li_1+xNi_aCo_bMn_cM_TdO₂；其中，0.01≤x≤0.03、0.8≤a1、0.03≤b≤0.1、0.5≤c/b≤1、0.006≤d≤0.016且a+b+c+d＝1；M_T选自Al、Zr、Si、Ti、Sr、Mg、W、Mo、P、Ta、Ce、Nb、Mn、Y和F中的一种或多种；所述高镍锂离子电池正极材料为球形颗粒，热稳定元素M_T由球形颗粒表面至球形颗粒内部呈现出降低的水平；所述高镍锂离子电池正极材料表面有一种或多种两性元素的化合物包覆。本发明提供的高镍锂离子电池正极材料热分解温度高，掺杂元素对球形颗粒内部晶体结构的有害效果较低，放电容量高。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种具有热安全性的高镍锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是用于储能应用最重要的装置之一，具有高的能量密度和循环效率、低自放电、无记忆效应等优点，其在动力电池方面更具有广阔的应用前景，而且随着社会的进步，对能量的需求逐渐对锂电池的要求不断提高。以镍-钴-锰元素构成的层状锂离子材料，由于三种元素对材料的协同作用在近年来发展迅速，尤其以高镍低钴的三元材料，不仅提供了高的能量密度也降低了元素钴带来的各项成本，得到了人们的重点研究。但是随之而来的高镍化带来了材料结构的不稳定，会出现Li/Ni混排等晶体结构性的差异和制备过程的条件苛刻导致容量差理论比容量较多，并且高镍三元材料随着Ni含量的上升，提升容量的同时热分解温度却不断降低，具有在350℃以内受热容易发生分解的缺点，从而导致安全隐患增加。高镍正极材料可以提供高的容量而受到人们青睐，但是安全问题一直制约着高镍材料的广泛应用。在车辆应用中，其中温度会变得不受控制并导致火灾甚至爆炸。而正极材料是锂离子电池提供能量核心部件之一，发展高能量密度和优秀热稳定性的正极材料是十分重要的。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种具有热安全性的高镍锂离子电池正极材料及其制备方法以及应用，本发明提供的高镍锂离子电池正极材料具有高能量密度和优秀的热稳定性。

本发明提供了一种含有热稳定性元素M_Td及相似性质元素包覆的二次烧结工艺高镍锂离子正极材料及方法。

本发明提供了一种具有热安全性的高镍锂离子电池正极材料，化学通式为Li_1+xNi_aCo_bMn_cM_TdO₂；

其中，0.01≤x≤0.03、0.8≤a1、0.03≤b≤0.1、0.5≤c/b≤1、0.006≤d≤0.016且a+b+c+d＝1；M_T选自Al、Zr、Si、Ti、Mg、W、Mo、P、Ta、Ce、Nb、Mn、Y和F中的一种或多种；

所述高镍锂离子电池正极材料为球形颗粒，热稳定元素M_T由球形颗粒表面至球形颗粒内部呈现出降低的水平。所述高镍锂离子电池正极材料的内部未掺杂M_T；

所述高镍锂离子电池正极材料表面有一种或多种两性元素的化合物包覆。

优选的，所述材料结构内部疏松，且表层颗粒呈现发散状排布；

所述表层颗粒长径的法平面与内部颗粒长径的法平面在三维空间上呈现垂直的关系。

优选的，Li与金属离子的摩尔比为1.00～1.08；

所述正极材料的颗粒耐压强度≥89.8Mpa；

所述正极材料的颗粒径宽分布众数在0.34～0.60μm之间；