[发明专利]锂离子电池442型三元正极改性材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池442型三元正极改性材料及其制备方法，属于 锂离子电池正极材料技术领域。

背景技术

在锂离子电池的元件中，正极材料在价格与性能方面都占据了主导因素。 就现在的发展程度而言，正极材料也远比负极材料以及电解液的发展速度慢， 锂离子电池性能和安全性的进一步改善更需要的是正极材料循环、倍率性能以 及热稳定性的不断提高。三元正极材料是LiCoO₂/LiNiO₂/LiMn₂O₄的共熔体系， 这种共熔体系兼具了LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄三类材料的特点，这种材料是 一种含有镍、钴、锰三种元素的新型复合材料，三元材料存在明显的三元素协 同效应，电化学性能优于任意一种单组合化合物。

作为三元体系中一种的(442)型三元材料LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂，与传统的(333) 型LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂材料相比，Co的含量减少，可以使材料的生产成本降低， 同时材料生产与使用过程对环境更加友好。Ni的含量更高，有助于材料获得更 高的放电容量。同时，对材料安全稳定贡献最大的Mn的含量增加，可以使材料 循环性和安全性更好，更适合实际应用，因而LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂是更具有研究 价值的一种三元正极材料。

而就商业化应用的要求来说，LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂正极材料需要提高的是振 实密度、能力密度、循环能力以及大倍率的充放电能力。针对目前 LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂三元正极材料尚存的不足，研究者们对材料主要进行部分掺 杂或者表面包覆改性，掺杂改性主要是通过向正极材料中部分掺杂与主体过渡 金属离子半径相近的其他金属离子，或者部分掺杂F、Cl或Br等阴离子以达到 使材料结构更加稳定，循环性能更优秀的目的；包覆这种改性手段在正极材料 表面上附着一层化学性质稳定的物质，有效地避免材料与电解液的直接接触， 通过这样的方式抑制它们之间的相互作用，来保证材料在循环过程中结构的完 整与稳定。除此之外，包覆改性还可以适当提高正极材料的电导率以及振实密 度，使包覆后的正极材料倍率性能更好而且有利于工业加工。本专利将两种改 性手段结合起来，对LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂正极材料进行掺杂或包覆的协同改性。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供了一种制备方法简单的锂离子电 池442型三元正极改性材料及其制备方法，制备得到的正极材料粒径分布均匀， 结构更加稳定，材料倍率性能和循环性能较好。

本发明采用如下技术方案：一种锂离子电池442型三元正极改性材料，包 括掺杂改性的正极材料，所述掺杂改性的正极材料的外层包裹有一层包覆材料， 所述包覆材料的质量是掺杂改性的正极材料的1-5wt％，所述掺杂改性的正极材 料的化学通式为Li(Ni_0.4Co_0.2Mn_0.4)_1-xM_xO_2-yN_y，其中，M为Ti、Mg、Al或 Cr；N为F、Cl或Br，0＜x≤0.10，0＜y≤0.10，所述包覆材料为TiO₂、A1₂O₃或FePO₄。

锂离子电池442型三元正极改性材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将水溶性的锂源、镍源、锰源、钴源、M盐、N盐及柠檬酸溶于水中 充分混合，再用氨水调节pH值至7～8；