[發明專利]鋰電池正極材料及其制備方法和鋰電池

在審

• 申請號: 201910686998.8
• 申請日: 2019-07-29
• 公開（公告）號: CN110350188A
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 李雷;李子凡;周昊
• 申請（專利權）人: 昆山寶創新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 肖陽

本發明公開了鋰電池正極材料及其制備方法和鋰電池。其中，鋰電池正極材料包括：鈷酸鋰內核、鋰?硼摻雜層以及鋁包覆層；鋰?硼摻雜層形成在鈷酸鋰內核的至少一部分表面；鋁包覆層形成在鋰?硼摻雜層的至少一部分表面。該鋰電池正極材料具有優秀的可逆容量和高壓抗衰減性能，應用于鋰電池中可顯著提高鋰電池的容量、倍率性能和循環性能。

技術領域

本發明涉及鋰電池技術領域，具體而言，本發明涉及鋰電池正極材料及其制備方法和鋰電池。

背景技術

正極材料是制約動力電池能量密度的關鍵要素之一。目前常見的鋰離子動力電池正極材料主要有尖晶石結構的錳酸鋰(LiMn₂O₄)，橄欖石結構的磷酸鐵鋰(LiFePO₄)和層狀結構的鈷酸鋰(LiCoO₂)、鎳酸鋰(LiNiO₂)。錳酸鋰是尖晶石型嵌理化合物的典型代表，可逆容量在120mAh/g左右，具有安全性好、無環境污染、工作電壓高、成本低廉等特點，其三維隧道結構更有利于鋰離子的嵌入和脫出，適合用作鋰離子動力電池的正極材料，但其低容量限制了廣泛推廣。橄欖石結構的磷酸鐵鋰，具有安全性高、成本較低的優點，但存在放電電壓低(3.3V)、振實密度低等不足，因此此材料在能量密度要求不高的電動大巴和插電式混合動力市場占有率較高，但是在能量密度要求更高的電動轎車市場處于劣勢。層狀鎳酸鋰比容量高，但是制備時易生成非化學計量比的產物，結構穩定性和熱穩定性差。上述幾種正極材料的缺點都制約了自身在電動汽車電池的進一步應用，因此尋找新的正極材料成了研究的重點。

LiNiO₂與LiCoO₂同為α-NaFeO₂結構，且Ni、Co為同周期相鄰元素，因此它們能以任意比例混合形成固溶體并且保持層狀結構不變，具有很好的結構互補性。同時，它們在電化學性能上互補性也很好。因此，開發復合正極材料成了鋰離子電池正極材料的研究方向之一。其中，層狀Li-Ni-Co-Al-O系列材料(簡稱NCA材料)較好地兼備了以上的優點。專利CN108232304A中采用NCA正極材料，高容量石墨負極材料，以及優化銅鋁箔厚度來提升電池能量密度，但是充電電壓為常規4.2V，循環性能較差。專利CN108511748A中采用鎳鈷錳酸三元鋰(NCM)正極材料和石墨類負極材料，通過優化工藝來提高電池能量密度，NCM正極材料鎳含量≤60％，電池充電電壓為常規4.2V，雖然電池循環性能較好，但是能量密度提高有限。由此可見，現有的鋰離子電池正極材料仍有待改進。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出鋰電池正極材料及其制備方法和鋰電池。該鋰電池正極材料具有優秀的可逆容量和高壓抗衰減性能，應用于鋰電池中可顯著提高鋰電池的容量、倍率性能和循環性能。

在本發明的一個方面，本發明提出了一種鋰電池正極材料。根據本發明的實施例，該鋰電池正極材料包括：鈷酸鋰內核；鋰-硼摻雜層，所述鋰-硼摻雜層形成在所述鈷酸鋰內核的至少一部分表面；以及鋁包覆層，所述鋁包覆層形成在所述鋰-硼摻雜層的至少一部分表面。

根據本發明實施例的鋰電池正極材料，通過鋰-硼摻雜層對鈷酸鋰內核進行包覆，可以顯著提高鈷酸鋰單晶顆粒的結構穩定性，并提高正極材料的比容量。鋁包覆層形成在鋰-硼摻雜層的至少一部分表面，可以起到穩定正極-電解液界面的作用，進一步提高內核鈷酸鋰的穩定性。同時鋁包覆層中的部分鋁可以進入鋰-硼摻雜相，與鋰、硼協同作用于鈷酸鋰內核，提高鈷酸鋰的可逆容量和高壓抗衰減性能。由此，本發明的鋰電池正極材料通過采用鈷酸鋰單晶核心、次外層鋰-硼摻雜層和最外層鋁包覆層的多層復合結構，獲得了優秀的可逆容量和高壓抗衰減性能。將該正極材料應用于鋰電池中，可顯著提高鋰電池的容量、倍率性能和循環性能。

另外，根據本發明上述實施例的鋰電池正極材料還可以具有如下附加的技術特征：

在本發明的一些實施例中，所述鈷酸鋰內核的平均粒徑為1～10μm。