双层包覆的正极材料及其制备方法、锂离子电池和车辆技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种双层包覆的正极材料及其制备方法。本发明专利技术双层包覆的正极材料，包括正极活性材料，所述正极活性材料的表面依次设置第一包覆层和第二包覆层，其中，所述第一包覆层包括PO

【技术实现步骤摘要】
双层包覆的正极材料及其制备方法、锂离子电池和车辆


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种双层包覆的正极材料及其制备方法，进一步地，还涉及一种锂离子电池和车辆。

技术介绍

[0002]动力锂离子电池是目前最具有前景的电动汽车储能技术，并且已被广泛使用。动力锂离子电池的主要缺点是成本高、能量密度不足、循环稳定性差，而这在很大程度上受到正极材料的限制。因此，迫切需要开发具有高能量密度、循环稳定性好的正极材料以提高动力锂离子电池的性能。当前动力电池中常用的正极材料主要是磷酸铁锂和三元正极活性材料，磷酸铁锂由于较低的比容量难以满足电池能量密度的需求，而三元正极活性材料由于稳定性较差在循环寿命和高倍率性能上有所欠缺。因此，进一步开发兼具高能量密度、长循环寿命和高倍率性能的锂离子电池正极材料对电动汽车行业的发展至关重要。
[0003]三元正极活性材料的比容量较高，受到越来越多的关注和应用。但是随着体系中镍含量的不断提升，材料的结构稳定性也越来越差。主要原因在于：(1)材料在充电过程中形成大量强氧化性的Ni
4+
，与电解液的副反应较为剧烈；(2)高镍正极材料在较高充电态(>4.15V)时，伴随着更多锂离子的脱出，材料的结构会发生H2
‑
H3相变，从而引起一次颗粒各向异性体积膨胀，导致二次颗粒内一次颗粒间的间隙增加，在反复的充放电过程中，随着间隙的增加，更多的正极活性材料与电解液直接接触，副反应不断增加，引起更严重的结构恶化。目前针对上述问题，相关技术中主要采取的措施为对正极活性材料进行表面包覆改性，可以减少晶格材料中氧的析出，抑制相转变，达到提升材料的首次库伦效率，缓解材料的容量衰减等效果，从而提高材料的高倍率放电性能和循环稳定性。
[0004]在包覆材料中，LATP(Li
1.3
Al
0.3
Ti
1.7
(PO4)3)即磷酸钛铝锂，具有三维锂离子迁移通道，具有较高的离子电导率，室温下可达10
‑3S/cm，将磷酸钛铝锂作为正极活性材料的包覆层，可以提升正极与电解液的界面离子电导率。然而，LATP与正极活性材料在包覆过程中进行共烧结时，元素之间易发生相互扩散，导致LATP结构发生破坏，生成新杂相，降低包覆层离子电导率，增加界面阻抗，影响包覆效果。因此，需要对包覆LATP的正极材料进行改进，以有效保护LATP包覆层，提高正极材料的综合性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的实施例提出一种双层包覆的正极材料及其制备方法，正极材料设置PO
43
‑
内包覆层，可避免磷酸钛铝锂包覆层与正极活性材料的直接接触，有效抑制了LATP和正极活性材料元素之间的相互扩散，同时也有利于避免充电态时正极材料的强氧化性氧化分解磷酸钛铝锂，有利于提高正极活性材料和磷酸钛铝锂晶体结构的稳定性，从而提升了电池的循环稳定性和倍率性能。
[0006]本专利技术实施例提供了一种双层包覆的正极材料，包括正极活性材料，所述正极活
性材料的表面依次设置第一包覆层和第二包覆层，其中，
[0007]所述第一包覆层包括PO
43
‑
，所述第一包覆层的包覆材料包括不含有过渡金属的磷酸盐，且不含有磷酸钛铝锂；
[0008]所述第二包覆层包括磷酸钛铝锂。
[0009]本专利技术实施例的双层包覆的正极材料带来的优点和技术效果，1、本专利技术实施例中，在正极活性材料表面依次设置含有PO
43
‑
的第一包覆层和含有磷酸钛铝锂的第二包覆层，由于第一包覆层的包覆材料中不含有过渡金属，不会与正极活性材料发生元素互扩散，有利于使正极材料获得稳定的晶体结构，同时，正极活性材料中的过渡金属元素以及第一包覆层中的PO
43
‑
能够使正极活性材料和第一包覆层的包覆界面易于形成稳定的TM
‑
P
‑
O键(TM指过渡金属，TM为正极活性材料中的过渡金属元素)，有利于提升第一包覆层的结构稳定性；2、本专利技术实施例中，第一包覆层的设置，能够作为正极活性材料和含有磷酸钛铝锂的第二包覆层之间的过渡层，避免了正极活性材料和含有磷酸钛铝锂的第二包覆层直接接触，从而避免了在包覆过程的煅烧中正极活性材料和第二包覆层的元素之间的相互扩散，同时，也避免了充电态时正极的强氧化性对磷酸钛铝锂的氧化分解，提高了正极活性材料和磷酸钛铝锂晶体结构的稳定性；3、本专利技术实施例中，正极活性材料表面设置了双层包覆层，有效避免了正极活性材料与电解液的副反应；4、本专利技术实施例中，正极材料活性材料、第一包覆层和第二包覆层均具有稳定的结构，有效提升了磷酸钛铝锂与电解液之间的锂离子电导率，降低了阻抗，同时由于含有磷酸钛铝锂的第二包覆层具有优异的稳定结构，进一步降低了正极材料与电解液的副反应，使正极材料具有优异的倍率性能和循环稳定性能。
[0010]在一些实施例中，所述正极活性材料包括三元正极活性材料，其化学式为LiNi
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
O2，其中，0.5≤x≤0.96，0.02≤y≤0.2。
[0011]在一些实施例中，所述第一包覆层的包覆材料包括Li3PO4、NH4H2PO4或(NH4)2HPO4中的至少一种。
[0012]在一些实施例中，所述第一包覆层的厚度为5nm
‑
30nm，和/或，所述第二包覆层的厚度为6nm
‑
50nm。
[0013]本专利技术实施例还提供了一种双层包覆的正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0014](1)将正极活性材料和第一包覆层的包覆材料加入有机溶剂中，搅拌蒸干所述有机溶剂，经煅烧处理得到第一产物；
[0015](2)将所述第一产物与磷酸钛铝锂混合，进行煅烧处理，制得双层包覆的正极材料。
[0016]本专利技术实施例的双层包覆的正极材料的制备方法带来的优点和技术效果，1、本专利技术实施例的方法，通过湿法包覆在正极活性材料上形成含有PO
43
‑
的第一包覆层，有利于使正极活性材料的外表面形成更均匀的第一包覆层，有效抑制正极活性材料与电解液之间的副反应，并且，在第一包覆层上继续包覆含有磷酸铝钛锂的第二包覆层，第一包覆层同时有效避免了正极活性材料和含有磷酸钛铝锂的第二包覆层的接触，从而避免了正极活性材料和磷酸钛铝锂之间的副反应；2、本专利技术实施例的方法，制得的正极材料的第一包覆层含有PO
43
‑
，在正极活性材料和第一包覆层的包覆界面易形成稳定的TM
‑
P
‑
O键，有利于提升第一包覆层的结构稳定性；3、本专利技术实施例的方法，制得的正极材料的第二包覆层中含有磷酸铝钛锂，第一包覆层的形成避免了含有磷酸铝钛锂的第二包覆层与正极活性材料的直接接
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双层包覆的正极材料，其特征在于，包括正极活性材料，所述正极活性材料的表面依次设置第一包覆层和第二包覆层，其中，所述第一包覆层包括PO
43
‑
，所述第一包覆层的包覆材料包括不含有过渡金属的磷酸盐，且不含有磷酸钛铝锂；所述第二包覆层包括磷酸钛铝锂。2.根据权利要求1所述的双层包覆的正极材料，其特征在于，所述正极活性材料包括三元正极活性材料，其化学式为LiNi
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
O2，其中，0.5≤x≤0.96，0.02≤y≤0.2。3.根据权利要求1所述的双层包覆的正极材料，其特征在于，所述第一包覆层的包覆材料包括Li3PO4、NH4H2PO4或(NH4)2HPO4中的至少一种。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的双层包覆的正极材料，其特征在于，所述第一包覆层包覆厚度为5nm
‑
30nm，所述第二包覆层包覆厚度为6nm
‑
50nm。5.一种权利要求1
‑
4中任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈伟，
申请(专利权)人：北京车和家汽车科技有限公司，
类型：发明
国别省市：