[發明專利]一種含氟的動力電池用正極材料

在審

• 申請號: 201711424871.6
• 申請日: 2017-12-25
• 公開（公告）號: CN108039481A
• 公開（公告）日: 2018-05-15
• 發明（設計）人: 祝國安
• 申請（專利權）人: 湖北環天高科新能源有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/583;H01M10/0525
• 代理公司: 東莞市神州眾達專利商標事務所(普通合伙) 44251
• 代理人: 劉漢民

本發明屬于動力電池技術領域，尤其涉及一種含氟的動力電池用正極材料，包括核結構、第一殼結構和第二殼結構，所述第一殼結構位于所述核結構和所述第二殼結構之間，從內至外，殼結構的組成中的Ni的摩爾含量逐漸減小，Mn的摩爾含量逐漸增加，Co的摩爾含量逐漸增加或者不變；殼結構上形成有若干個貫通的微孔，第二殼結構的成分為碳。該材料包括高容量的核結構和高溫定性的殼結構，并且殼結構具有濃度梯度和微孔，可以解決核殼結構的結合處容易發生分離的問題(該分離主要是因為不同鎳含量的材料在循環過程中的體積形變不一致而導致)，保證該材料在超長循環中的持續穩定性，微孔不僅可以在一定程度上容納材料的體積形變，而且可以提高殼材料的鋰離子傳輸性能和電子電導率，保證該材料的高容量特性。

技術領域

本發明屬于動力電池技術領域，尤其涉及一種含氟的動力電池用正極材料。

背景技術

鋰離子電池憑借其具有優異的能量密度、倍率性能及長使用壽命，廣泛應用到移動電話、數碼相機與便攜式個人電腦等設備上，并且其應用目標正從小型移動設備向大型電動車車用電池系列(純電動車、混合電動車及插入式混合電動車等的車用電池)與能量儲存系統等方面轉變。

在鋰離子電池領域，商業生產應用中LiCoO2正極材料仍是應用最廣泛的，但是受到鈷資源價格昂貴、有毒、容量較低以及高壓(>4.3V)下結構不穩定等缺點的限制，所以一直在努力尋求一種正極材料來代替LiCoO2正極材料。富鎳材料Li[Ni1-xMx]O2具有價格低廉、毒性小、較高的可逆容量等優點,尤其是較高的能量密度使其成為了極具前途的鋰離子正極材料。但是當氧原子在正極材料釋放出來的同時會有熱量的失控反應，導致富鎳材料Li[Ni1-xMx]O2結構不穩定。所以，循環性能以及熱穩定性能是一個亟需解決的問題。

盡管核殼結構(核：高鎳材料，殼：低鎳材料)能夠改善材料的循環穩定性及熱穩定性，但是人們仔細研究長時間循環后的核殼結構材料，發現核與殼的結合處發生分離，因此不能保證核殼結構在超長期循環中的持續穩定性。對于核殼結構材料而言，存在于核的高鎳材料在充放電循環中產生9-10％的體積形變，而低鎳殼材料的體積形變僅僅為2-3％，不同程度的體積收縮膨脹致使長時間充放電循環時核殼材料的核/殼分離，另外，由于殼材料的鋰離子傳輸性能及電子電導率較差，核材料的高容量特性也受到一定程度的制約。

而且核殼結構的含鎳正極材料表面依然是傳統的三元材料，在長期循環過程中，該材料表面依然存在著過渡金屬溶解反應及與電解液間的反應等。

有鑒于此，本發明旨在提供一種含氟的動力電池用正極材料，該材料包括高容量的核結構和高溫定性的第一殼結構，并且第一殼結構具有濃度梯度和微孔，可以解決核殼結構的結合處容易發生分離的問題(該分離主要是因為不同鎳含量的材料在循環過程中的體積形變不一致而導致)，保證該材料在超長循環中的持續穩定性，微孔不僅可以在一定程度上容納材料的體積形變，而且可以提高殼材料的鋰離子傳輸性能和電子電導率，保證該材料的高容量特性。F摻雜可以提高材料化學穩定性，以抑制電解液與電極間反應，并可以降低表面鈍化相(導致阻抗增加)的產生。AlF3包覆層可以防止電極與電解液的直接接觸，非常有效的保護電極不受電解液中HF的侵蝕，很大程度上提高了電極材料的穩定性能。

發明內容