[发明专利]一种金属氧化物包覆改性的掺杂三元正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池正极材料领域，具体涉及一种金属氧化物包覆改性的掺杂三元正极材料及其制备方法。

背景技术

在锂离子正极材料领域，富镍体系正极材料(LiNi_xM_1-xO₂，M＝Mn,Co,Al,x>0.5)具有高能量密度、长循环寿命和良好的安全性能，一直广受关注，其中，LiNi_xMn_yCo_1-x-yO₂层状三元正极材料具有Ni、Mn、Co三种离子的协同效应，因而具有较优的电性能，但其循环稳定性、倍率性能还有待提高，此外，材料中Ni、Mn、Co三种元素的比例对其电化学性能由重要影响，材料由LiNi_0.5Mn_0.3Co_0.2O₂转变成LiNi_0.6Mn_0.2Co_0.2O₂时，其电化学性能急剧恶化，因此，选择合适的配比至关重要。

用没有电化学活性的氧化物对正极材料进行表面改性可以提高其电化学性能，如专利CN201310020961采用Al₂O₃包覆改性LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂，在制备过程中加入沉淀剂和形貌控制机以控制颗粒成型，制得正极材料的放电容量和循环稳定性均有所提高，但提高程度有限，恒流充、放电循环6次以后容量保持率大幅下降。

基于现有技术的上述情况，本发明的目的在于对LiNi_xMn_yCo_1-x-yO₂三元正极材料进一步改性，以得到具有优异电化学性能和循环稳定性的锂离子正极材料。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人对包覆改性的锂离子电池正极材料进行了锐意研究，结果发现：在镍钴锰酸锂中掺杂一定量的Sr元素作为基体，在基体外部包覆Al₂O₃包覆层，并调节包覆层的包覆量以及制得正极材料的形态结构，可得到循环稳定性和导电性能显著提高的包覆改性的正极材料。

本发明的目的在于提供以下方面：

(1)一种金属氧化物包覆改性的掺杂三元正极材料，由Li(Ni_0.5Mn_0.3Co_0.2)_1-xSr_xO₂·mAl₂O₃表示，其中0﹤x≤0.1，优选0﹤x≤0.05，更优选0﹤x≤0.003，0.005％≤m≤5％，优选0.01％≤m≤0.25％。

所述三元正极材料包括基体和包覆在基体外部的包覆层，其中，

所述基体由Li(Ni_0.5Mn_0.3Co_0.2)_1-xSr_xO₂表示，

所述包覆层为Al₂O₃。

Al₂O₃占所述正极材料重量的0.005～5％，优选为0.01～0.25％。

所述包覆层包覆于基体的表面，优选为不连续相包覆。

所述基体为纳米级颗粒，所述正极材料为纳米或微米级颗粒，优选其粒径为0.5～8μm，优选为1～6μm，更优选为3～5μm。

在0.2C倍率下，所述正极材料的初始放电容量为145～160mAh·g^-1，首次放电效率为79～85％；

在1C倍率下，所述正极材料的初始放电容量为135～150mAh·g^-1，恒流充、放电循环20圈后，容量保持率为99.5％以上，恒流充、放电循环50圈后，容量保持率为98％以上。

(2)一种根据上述(1)所述正极材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤1)，基体的制备

将镍钴锰三元前驱体、锂源和锶源混合，高温煅烧后粉碎、过筛，得到所述基体；

步骤2)，包覆改性的掺杂三元正极材料的制备