[發明專利]一種電池氧化物正極材料、其制備方法及應用

在審

• 申請號: 201810582486.2
• 申請日: 2018-06-07
• 公開（公告）號: CN110581261A
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發明（設計）人: 劉帥;王兆翔;陳立泉
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M4/48;H01M4/50;H01M4/52;H01M10/052;H01M10/0525;H01M10/05;H01M10/054
• 代理公司: 11521 北京市英智偉誠知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 劉丹妮

本發明公開了一種電池氧化物正極材料及其制備方法和應用。所述氧化物正極材料包括氧化物本體材料A?M?O和表面的M?N氧化物層。本發明目的是為了解決現有鋰離子電池正正極材料存在的循環性能差、放電電壓下降、首周庫倫效率低、倍率性能較差、與電解液副反應多等問題。與未形成表面M?N氧化物層的正極材料相比，本發明的具有表面具有M?N氧化物層的正極材料具有更高的容量、更高的效率以及更好的容量保持率和電壓保持率。

技術領域

本發明屬于電池領域，具體涉及一種電池氧化物正極材料、其制備方法及應用。

背景技術

隨著便攜式設備以及電動汽車的發展，人們對高能量密度儲能器件的需求日益增加。鋰離子電池因具有體積小，質量輕，能量密度高、循環壽命長等特點已成為電動車輛、便攜設備、航空航天等領域可充式電源的主要選擇對象。鈉離子電池因具有資源優勢，可能在規模儲能領域成為鋰離子電池的替代者。正極材料是鋰(鈉)離子電池的關鍵材料之一，鋰(鈉)離子電池的能量密度在很大程度上取決于相應正極材料的能量密度。目前商業化的正極材料主要分為層狀、尖晶石以及聚陰離子正極材料。然而，由于受結構的限制，尖晶石和聚陰離子正極材料的實際容量都在150mAh g^-1以下。層狀結構氧化物正極材料，如高鎳三元、錳基富鋰等，因具有高于200mAh g^-1的可逆容量，成為最有希望的高能量密度正極材料，但它們的循環穩定性，尤其是放電電壓穩定性還有待于進一步提高。

發明內容

本發明的目的在于克服現有材料制備技術的缺點，提供一種具有高穩定性和循環性能的氧化物正極材料，及其制備方法和應用。

在闡述本發明內容之前，定義本文中所使用的術語如下：

術語“PVDF”是指：聚偏氟乙烯。

術語“NMP”是指：N-甲基吡咯烷酮。

術語“PP”是指：聚丙烯。

術語“PE”是指：聚乙烯。

術語“EC”是指：碳酸乙烯酯。

術語“DMC”是指：碳酸二甲酯。

術語“M-N氧化物層”是指：由M、N原子互擴散而得到的氧化物層。

為實現上述目的，本發明的第一方面提供了一種電池氧化物正極材料所述氧化物正極材料包括氧化物本體材料A-M-O和表面的M-N氧化物層；

所述氧化物本體材料A-M-O中的所述A元素選自La或Na；

所述M-N氧化物層中的M元素是氧化物本體材料A-M-O中的M元素；

所述本體材料A-M-O及M-N氧化物層中的M元素選自以下一種或多種：Li、Na、K、Ni、Co、Mn、Zr、Fe、Nb、Ta、Zn、Mg、Al、Cr、Ca、Ti、Mo、Sn、Sb、La、Bi；優選為Li、Na、Ni、Co、Mn、Al；

所述M-N氧化物層中所述N元素選自以下一種或多種：Ti、Sb、Cr、Mg、Mo、Zn、Nb、Zr、Ta、Sn、V、W、Rh、Ir、Hf、Ag、Bi、La、Ce、Nd、Y、Sc，優選為Zr、V、Mg、Ti、Nb、Ta；

優選地，所述M-N氧化物層是由于原子互擴散而形成的表面結構，優選地，所述M-N氧化物層的厚度為0.5～50nm。

根據本發明第一方面的氧化物正極材料，所述氧化物本體材料A-M-O選自以下一種或多種：層狀結構材料、尖晶石結構材料、尖晶石與層狀復合材料。

優選地，所述層狀結構材料的化學式為A_aMO₂，其中0.6≤a≤1.5。