[發明專利]三元正極材料及其制備方法和鋰離子電池

在審

• 申請號: 201610130536.4
• 申請日: 2016-03-08
• 公開（公告）號: CN105680018A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 吳伯榮;穆道斌;王壘;許洪亮;劉琦;蓋亮;江兵;畢佳穎;陳實;吳鋒
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M4/131;H01M4/1391;H01M10/0525
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 嚴政;劉兵

技術領域

本發明涉及電池領域，具體地，涉及一種三元正極材料及其制備方法和 一種鋰離子電池。

背景技術

隨著環境惡化及化石型不可再生資源的匱乏，當下人們對新能源的需求 越來越急迫。作為一種綠色能源的鋰離子電池，自從上世紀90年代初成功 開發以來，就以其比能量高、工作電壓高、應用溫度范圍寬、自放電率低、 循環壽命長、無污染等獨特優勢而倍受關注，已在手機、數碼相機、筆記本 電腦等小型便攜式電子產品中廣泛應用，并且逐漸成為電動汽車最主要的候 選動力電源之一。然而，隨著電子數碼產品換代加速、新能源產業的發展以 及軍事裝備的高科技化、小型化，對鋰離子電池的能量密度、安全可靠性及 循環壽命提出了更高的要求，因此如何提升現階段商業化的正極材料的高比 能化一直是研究的重點。

目前商業化的鋰離子電池正極材料主要為層狀三元正極材料 LiNi_aCo_bMn_cO₂(0＜a,b,c＜1，a+b+c＝1)，為了獲得高的能量密度，一是增 加材料中Ni的比重，在普通截止電壓(不高于4.3V)下，材料隨著Ni含量 的增加，比容量增加，但其循環穩定性、熱安全性等卻呈現下降趨勢；二是 提升材料的充放電截止電壓(大于4.3V)，隨著電壓的提升，比容量提高， 但循環穩定性、熱安全性等也呈下降趨勢。以上兩種狀況都是由于材料在充 電過程中材料表面易與電解液發生副反應，導致材料的電荷傳遞阻抗Rct增 大，同時反應的不可控引發熱失控，進而影響材料的電化學性能。

當前表面包覆方法已廣泛應用于提升鋰離子電池正極材料改性制備，明 顯提升了材料的循環穩定性、熱安全性等。CN103094553A公布了一種AlF₃包覆層狀正極材料Li_1+xM_1-xO₂(M可以是Ni、Co、Mn、Al中的一種或多種， 0≤x≤1/3)，AlF₃為一種非快離子導體，雖然提升了材料的循環穩定性，但 對于倍率性能的提升沒有顯著貢獻。

發明內容

本發明的目的是克服現有的鋰離子正極材料的倍率性能差、循環穩定性 差等缺陷，提供一種倍率性能和循環穩定性能優良的三元正極材料及其制備 方法和鋰離子電池。

為了實現上述目的，本發明提供一種三元正極材料，其中，該三元正極 材料含有Li₂SiO₃和LiNi_aCo_bMn_cO₂，其中，a、b和c均大于0且小于1，且 a+b+c＝1。

本發明通過在常規LiNi_aCo_bMn_cO₂材料中加入快離子導體Li₂SiO₃，提高 了材料的循環穩定性和倍率性能，在本發明的優選實施方式中，將快離子導 體Li₂SiO₃包覆在LiNi_aCo_bMn_cO₂正極材料表面，進一步提高了材料的循環穩 定性和倍率性能。

本發明還提供一種三元正極材料的制備方法，其中，該方法包括：

(1)將正硅酸四乙酯、有機溶劑、水和Ni-Co-Mn三元材料前驅體混合， 然后脫除混合得到的混合物中的有機溶劑和水以獲得固體產物；

(2)將步驟(1)所得到的固體產物與鋰鹽混合，然后在含氧氣氛下進 行煅燒。

本發明還提供了由上述方法制得的三元正極材料。

本發明還提供了一種鋰離子電池，其中，所述鋰離子電池的正極材料包 括上述三元正極材料。

本發明提供的方法使得快離子導體Li₂SiO₃包覆在LiNi_aCo_bMn_cO₂正極 材料表面，煅燒促進了晶型的完整和結構穩定，使鋰離子擴散通道形成的更 完整，通道結構穩固，從而有利于鋰離子擴散，提高倍率性能。同時穩定的 結構可以減小循環過程中的體積收縮和晶體塌陷，因此具有更好的循環穩定 性。