[发明专利]改性高镍正极材料及其制备方法和应用、锂离子电池

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种改性高镍正极材料及其制备方法和应用、一种锂离子电池，该改性高镍正极材料包括基体和负载在所述基体上的复合包覆层，所述基体的通式为；其中，所述复合包覆层含有由所述基体表面残锂与通式为的添加剂原位生成的和。该改性高镍正极材料不仅有效降低高镍正极材料颗粒表面的残锂，还明显改善了改性高镍正极材料的电化学稳定性和化学稳定性；同时，将该改性高镍正极材料用于锂离子电池，能有效提高锂离子电池的电化学性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种改性高镍正极材料及其制备方法和应用、一种锂离子电池。

背景技术

近年来，全球电动车市场得到了快速发展，但是续航里程的不足和充电速度较慢两个因素制约了电动汽车向大众普及化的过程，这也对锂离子动力电池的能量密度和功率密度提出更高的要求。

高镍多元正极材料由于具有较高的能量密度而被认为是最有前景的动力电池正极材料，从而具有良好的商业化价值。但在实际使用过程中，高镍多元正极材料依然面临许多问题，如材料表面较高的残锂导致存储性能差；制浆过程中易吸水结胶、导致加工性能差；充电状态下，颗粒表面高价态的过渡金属离子Ni⁴⁺具有很强的氧化性，易与电解液发生严重的副反应，造成电池极化增大，容量快速衰减。因此，对高镍多元正极材料的改性处理是十分有必要的。

国内普遍采用对高镍多元材料进行水洗，然后在较低的温度进行二次烧结，该方法可以有效的降低材料表面的残锂含量，但是也明显降低了材料的倍率性能和循环性能。近年来，又开发“水洗包覆+二次烧结的一体化湿法工艺”，该工艺通过水洗降低了材料表面残锂含量，同时通过二次烧结在材料颗粒表面形成包覆层。尽管该方法是在原有水洗基础上的一种高效改进手段，可以在不损失电性能的基础上，降低表面残锂含量，但其工艺弊端仍非常明显，如水洗包覆过程中循环水的综合利用；烘干过程中的结疤料的处理等工艺问题，导致工艺成本偏高。

发明内容

本发明的目的是为了克服高镍正极材料存在表面残锂高，以及现有改性高镍正极材料存在电化学性能差、工艺复杂、成本高等问题，提供一种改性高镍正极材料及其制备方法和应用、一种锂离子电池，该改性高镍正极材料不仅有效降低正极材料颗粒表面的残锂，还明显改善了材料的性能；同时，含有该改性高镍正极材料的锂离子电池具有优异的电化学性能。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种改性高镍正极材料，所述改性高镍正极材料包括基体和负载在所述基体上的复合包覆层，所述基体的通式为Li_(1+a)Ni_xL_yM_zO₂，L选自Co、Mn和Al中的至少一种，M选自Mg、Al、Ti、Zr、W、Mo、La、Y、Nb和Sr中的至少一种，x+y+z＝1，0.6≤x＜1，0.1≤y≤0.4，0≤z≤0.2，0≤a＜0.5；

其中，所述复合包覆层含有由所述基体表面残锂与通式为DF_b的添加剂原位生成的Li_pDO_(m+1)/2和Li_nF，D选自Mg、Al、Ti、Zr、W、Mo、La、Y、Nb和Sr中的至少一种，0.95≤p≤2.05，0.98≤n≤1.02，m和b均选自1-5的自然数。

优选地，所述改性高镍正极材料的总重量为基准，所述基体的含量为90-99.9wt％，优选为95-98.5wt％，更优选为97-99.5wt％；所述复合包覆层的含量为0.1-10wt％，优选为0.2-5wt％，更优选为0.5-3wt％。

优选地，所述复合包覆层中Li_pDO_(m+1)/2和Li_nF的摩尔比为1：(0.3-1)b，优选为1：(0.8-0.9)b。