[發(fā)明專利]一種磷酸鈰包覆三元正極材料及其制備方法、鋰離子電池

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711297639.0
• 申請(qǐng)日: 2017-12-08
• 公開（公告）號(hào): CN109904449A
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張柳麗;田剛領(lǐng);趙江濤;李占軍;羅軍;李娟;牛哲薈
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 平高集團(tuán)有限公司;國家電網(wǎng)公司
• 主分類號(hào): H01M4/58
• 分類號(hào): H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 鄭州睿信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41119
• 代理人: 牛愛周

本發(fā)明涉及一種磷酸鈰包覆三元正極材料及其制備方法、鋰離子電池，屬于鋰離子電池正極活性物質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的磷酸鈰包覆三元正極材料，包括正極材料內(nèi)核和包覆在正極材料內(nèi)核表面的磷酸鈰層；所述正極材料為鎳鈷錳酸鋰三元材料；所述磷酸鈰占磷酸鈰包覆三元正極材料的質(zhì)量百分比為0.1～5％。本發(fā)明的磷酸鈰包覆三元正極材料，在鎳鈷錳酸鋰三元正極材料表面包覆磷酸鈰層，磷酸鈰具有良好的鋰離子遷移能力和電子傳遞能力，通過物理包覆既能夠減小擴(kuò)散阻抗和歐姆阻抗，還可以隔離正極材料和電解液接觸，降低材料和電解液之間的副反應(yīng)，穩(wěn)定材料的晶體結(jié)構(gòu)，提高材料的循環(huán)性能和倍率性能，延長鎳鈷錳三元正極材料的循環(huán)壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種磷酸鈰包覆三元正極材料及其制備方法、鋰離子電池，屬于鋰離子電池正極活性物質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年，隨著電動(dòng)汽車對(duì)鋰離子電池能量密度的要求越來越高，鎳鈷錳酸鋰三元鋰電池逐漸成為研究熱點(diǎn)，其正極采用鎳鈷錳酸鋰三元正極材料，但是鎳鈷錳酸鋰正極材料存在振實(shí)密度低、高壓和大電流放電條件下材料的循環(huán)性能較差、容量衰減快等缺點(diǎn)，限制了該材料的應(yīng)用范圍。已有文獻(xiàn)報(bào)道，通過在材料表面形成包覆層，避免活性正極材料與電解液的界面反應(yīng)，降低活性正極材料顆粒所受的結(jié)構(gòu)損傷，在充放電循環(huán)過程中保持材料的穩(wěn)定性，提高材料的循環(huán)性能和倍率性能，如采用AlPO₄、CoPO₄、LaPO₄等磷酸鹽對(duì)鎳鈷錳三元正極材料進(jìn)行包覆處理改善其電化學(xué)性能。現(xiàn)有技術(shù)中，申請(qǐng)公布號(hào)為CN105958054A公開了一種磷酸鑭包覆鋰離子電池正極材料鎳鈷錳酸鋰的方法，該方法是將三元前驅(qū)體、鋰鹽、鑭鹽、磷酸鹽加入高速混料機(jī)中，以500～2000rpm攪拌1～4h；再在750～1200℃含氧氣氛中加熱5～20h，并保溫4～10h，冷卻，即得；采用該方法制得的磷酸鑭包覆鋰離子電池正極材料鎳鈷錳酸鋰，還存在循環(huán)能和倍率性能較差的問題，特別是采用高溫固相合成法，燒結(jié)過程中生成的磷酸鑭粒徑較大且在三元正極材料表面分布不均勻，難以滿足需要。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中包覆三元正極材料的循環(huán)性能和倍率性能差的問題，本發(fā)明提供了一種磷酸鈰包覆三元正極材料。

本發(fā)明還提供了一種上述磷酸鈰包覆三元正極材料的制備方法和一種采用所述磷酸鈰包覆三元正極材料的鋰離子電池。

為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的磷酸鈰包覆三元正極材料所采用的技術(shù)方案是：

一種磷酸鈰包覆三元正極材料，包括正極材料內(nèi)核和包覆在正極材料內(nèi)核表面的磷酸鈰層；所述正極材料為鎳鈷錳酸鋰三元材料；所述磷酸鈰占磷酸鈰包覆三元正極材料的質(zhì)量百分比為0.1～5％。

本發(fā)明的磷酸鈰包覆三元正極材料，在鎳鈷錳酸鋰三元正極材料表面包覆磷酸鈰層，磷酸鈰具有良好的鋰離子遷移能力和電子傳遞能力，通過物理包覆既能夠減小擴(kuò)散阻抗和歐姆阻抗，還可以隔離正極材料和電解液接觸，降低材料和電解液之間的副反應(yīng)，如減少過渡金屬離子的溶解、深度充放電時(shí)材料的表面O^2-與電解液的反應(yīng)、材料表面生成SEI膜的反應(yīng)、電解液中HF對(duì)材料的腐蝕等，從而穩(wěn)定材料的晶體結(jié)構(gòu)，提高材料的循環(huán)性能和倍率性能，延長鎳鈷錳三元正極材料的循環(huán)壽命。

所述鎳鈷錳酸鋰三元材料為LiNi_xCo_yMn_zO₂，其中，0＜x＜1，0＜y＜1，0＜z＜1，且x+y+z＝1。

所述正極材料為LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂。

本發(fā)明的磷酸鈰包覆三元正極材料的制備方法所采用的技術(shù)方案為：