[發明專利]一種快離子導體包覆的正極材料及鋰離子電池

有效

• 申請號: 201810698778.2
• 申請日: 2018-06-29
• 公開（公告）號: CN108878840B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 羅桂;趙德;鄧多;唐澤勛;常敬杭;王浩
• 申請（專利權）人: 桑頓新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

本發明提供一種快離子導體包覆的正極材料、按照以下步驟制得：A)將快離子導體原材料與雙氧水混合，加熱回流進行反應，然后加入無水乙醇，再次加熱回流，得到多金屬氧酸；所述快離子導體原材料為過渡金屬單質和/或過渡族金屬化合物；B)將正極材料前驅體分散在所述多金屬氧酸中，干燥后進行熱處理，得到快離子導體包覆的正極材料；所述正極材料具有式1所示化學式：LiNi_xCo_yMn_zM_γO₂式1；式1中，0.5≤x≤1，0≤y≤0.4，0≤z≤1，0≤γ0.2，x+y+z+γ＝1，M為Al、Mg、Zr、Ti、Cu、B、Y和Ce中的一種或幾種。本發明還提供了一種鋰離子電池。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種快離子導體包覆的正極材料及鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池自1991年由sony公司首次商業化應用之后便取得了長足的發展，現已在電動車和3C數碼電池等領域有了廣泛的應用，并呈現出逐步取代傳統電池的趨勢。正極材料是鋰離子電池的核心部分，它的種類涵蓋了鈷酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料等。其中，三元材料不僅成本低廉，而且具有較高的放電比容量，因此在近幾年來內，其已成為正極材料研發的主流方向。

所謂三元材料，其通式為LiNi_xCo_yMn_zO₂，x+y+z＝1，具有α-NaFeO₂層狀結構，其容量隨Ni含量的增加而增加。然而，由于Ni²⁺/Li⁺混排的存在，NiO巖鹽相的形成，以及高價態金屬如Ni⁴⁺的強氧化性會帶來與電解液之間副反應的發生，所以高的鎳含量往往會給正極材料的穩定性帶來負面影響。為解決上述問題，現有技術主要是通過元素摻雜和包覆技術來進行改善。當中，包覆技術主要是通過減少材料與電解液的反應面積，并借此來降低副反應的發生幾率和元素的溶解。到目前為止，比較常見的包覆物主要有TiO₂，ZrO₂，Al₂O₃等氧化物和LiPVO₄等聚陰離子化合物。氧化物的包覆手段主要可分為干法包覆和濕法包覆兩種，其中干法包覆工藝主要是將正極材料與金屬氧化物直接混合，隨后燒結而成，而濕法工藝是將正極材料在包覆前驅體中分散均勻，以期將包覆前驅體附著在材料表面，隨后在燒結過程中轉化為氧化物包覆層。常用的包覆前驅體為金屬離子的銨根配位物。盡管上述兩種方法都取得了一定的效果，但是依然存在著如下問題需要解決：

1、包覆層會導致正極材料的容量有所降低。2、包覆層的離子電導率較低，其在后續電化學反應過程中會抑制鋰離子的嵌入和釋出，導致材料容量和倍率性能的降低。3、現有濕法包覆工藝尚不能完全覆蓋正極材料表面，材料在后續電化學過程中依然會發生結構相的轉變，從而導致容量的降低。

發明內容

本發明的目的在于提供一種快離子導體包覆的正極材料及鋰離子電池，本發明中的正極材料容量高、倍率性能好且包覆完全。

本發明提供一種快離子導體包覆的正極材料、按照以下步驟制得：

A)將快離子導體原材料與雙氧水混合，加熱回流進行反應，然后加入無水乙醇，再次加熱回流，得到多金屬氧酸；

所述快離子導體原材料為過渡金屬單質和/或過渡族金屬化合物；

B)將正極材料分散在所述多金屬氧酸中，干燥后進行熱處理，得到快離子導體包覆的正極材料；

所述正極材料具有式1所示化學式：

LiNi_xCo_yMn_zM_γO₂ 式1；