[發明專利]改性高鎳三元正極材料及其制備方法、鋰離子電池

在審

• 申請號: 201611183467.X
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN108206277A
• 公開（公告）日: 2018-06-26
• 發明（設計）人: 孟煥平;柳娜;徐中領;杜銳;劉永;王嗣慧
• 申請（專利權）人: 寧德時代新能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 王基才

本發明公開了一種改性高鎳三元正極材料，其是在高鎳三元正極材料表面包覆一層含有快離子導體的包覆層；快離子導體的化學通式為Li_3x1La_2/3?x1M_a1TiN_z1O₃、Li_2+2x2Zn_1?x2GeO₄或LiM′₂(PO₄)₃，其中，M為Ba²⁺和/或Sr²⁺，N為Al³⁺和/或Zr⁴⁺，0.04≤x1≤0.167，0≤a1≤1，0≤z1≤1，?0.3＜x2＜0.8，M′為Zr、Ti、Ge、Hf中的一種或幾種。相對于現有技術，本發明通過在高鎳三元正極材料表面包覆一層含有快離子導體的包覆層，既可與材料表面的殘鋰進行反應，降低材料表面的殘鋰，抑制其與電解液的副反應，提高材料表面穩定性和循環性能；還具有良好的鋰離子脫嵌能力，可提高材料的首次放電容量和首次庫倫效率，具有良好的應用前景。本發明還公開了改性高鎳三元正極材料的制備方法和鋰離子電池。

技術領域

本發明屬于新能源材料領域，更具體地說，本發明涉及一種表面包覆有快離子導體的改性高鎳三元正極材料及其制備方法、鋰離子電池。

背景技術

隨著鋰離子電池技術的發展，現有的低鎳三元材料因其能量密度較低，開始無法滿足人們對高能量密度動力電池的需求。提高高鎳三元正極材料的鎳含量可以提升電池的能量密度，因此，高鎳三元正極材料是目前動力電池的主要研究對象之一。但是，由于高氧化性鎳含量的增加和充電截止電壓的提升，高鎳三元正極材料的穩定性開始變差，當應用于動力電池時，動力電池存在循環差、使用過程產氣嚴重等問題。同時，隨著鎳含量的增加，材料制備過程中很難形成完整的層狀結構，容易出現鋰鎳原子混排，存在動力電池實際容量低等弊端。

有人通過使用氧化鋁、氧化鈦、氧化鎂對高鎳三元正極材料進行表面包覆，該方法可以一定程度上抑制材料表面與電解液的副反應，從而提高材料的循環穩定性；但是由于氧化物包覆層為離子絕緣體，阻礙了鋰離子在材料表面的嵌入和脫出，因此降低了材料的容量和首次庫倫效率。也有人通過體相摻雜以提高高鎳三元正極材料的穩定性，但是由于受到晶格結構的影響，不同離子半徑的金屬離子只能取代特定位置的金屬離子，使體相摻雜具有一定的局限性；而且用于摻雜的金屬離子多為非活性金屬離子，容易導致高鎳三元正極材料的容量和首次庫倫效率降低，并且材料表面結構不穩定，對產氣問題無明顯改善。還有人通過合成表面鎳含量較低、體相鎳含量較高的核殼結構三元正極材料，以克服現有高鎳三元正極材料存在的問題，但是該方法的合成工藝復雜，成本較高，且批次穩定性不佳，難以推廣應用。

有鑒于此，確有必要提供一種具有理想循環穩定性的表面包覆有快離子導體的改性高鎳三元正極材料及其制備方法、鋰離子電池。

發明內容

本發明的目的在于：克服現有高鎳三元正極材料存在的表面殘鋰多、循環穩定性差、容量和首次庫倫效率低等問題，提供一種具有理想循環穩定性、容量和首次庫倫效率高的表面包覆有快離子導體的改性高鎳三元正極材料及其制備方法、鋰離子電池。