[发明专利]一种多层次协同改性的锂电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种多层次协同改性的锂电池正极材料镍钴锰酸锂及其制备方法。所制备的锂电池正极材料镍钴锰酸锂由以通式Li_aMn_{1‑x‑y‑z}Ni_xCo_yM¹_zM²_wO₂▪(M³_tO_mt/2)表示的锂过渡金属复合氧化物粒子构成，其中，M¹元素主要分布于材料一次颗粒内部，M²元素主要存在于一次颗粒表面，M³元素主要存在于材料二次颗粒表面。该方法可以实现对材料二次颗粒表面、一次颗粒表面以及一次颗粒内部的多层次改性，所制备的材料具有良好的存储特性、输出特性和循环特性，满足锂离子电池特别是车用动力电池的使用要求。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及到一种多层次协同改性的锂电正极活性物质镍钴锰酸锂及其制备方法。

背景技术

发展电动汽车是应对燃油短缺和环境污染的有效手段。锂离子电池由于具有循环寿命长、自放电率小、无记忆效应和绿色环保等突出优势，而被广泛用作电动汽车的动力源。但目前开发的车用动力电池能量密度普遍较低，难以满足更长的续航里程要求，限制了其进一步的推广。正极材料是动力锂电的关键材料，其能量密度高低直接决定了电动汽车的续航里程。因此开发出高能量密度、长寿命、高安全的正极材料对动力锂电、电动汽车的规模化商用至关重要。

在目前商业化的锂离子电池正极材料中，镍钴锰酸锂材料(NCM)以其较高的能量密度而得到越来越广泛的应用。但该类正极材料在能量密度提高的同时，也带来了诸多的技术难题：循环性能尤其是高温循环性能劣化、安全性变差、碱性杂质含量高以及由此带来的加工困难等问题，均需通过对材料进行改性加以解决。

目前体相掺杂和表面包覆是对NCM材料进行改性、提升其性能的常用手段。体相掺杂可以提高材料的热稳定性、循环性能和倍率性能等，表面包覆通过将正极活性物质与电解液隔离开来而起到保护正极材料表面，提升材料性能的目的。目前涉及到镍钴锰酸锂掺杂和包覆改性的专利较多，如专利CN104364944 A中提到使用Al、Ti等元素对NCM材料进行改性，改性元素部分以掺杂形式存在于材料内部，部分以包覆形式存在于材料表面，以该材料制备的电池具有优异的高速充电特性和寿命特性。专利CN101107735 B中提到采用W、Nb、Zr等元素对镍基正极材料进行表面包覆，包覆后的材料具有更优异的间歇循环特性。但是这些手段均侧重对材料的本体和/或表面进行改性，而忽视了材料的一次颗粒表面。实际使用过程中当电池循环一定周数后，正极材料发生开裂，电解液进入到材料颗粒内部，使包覆层失去应有的保护效果，电解液进一步侵蚀颗粒内部的一次颗粒表面，所发生的副反应使电池的性能迅速恶化。因此当前的掺杂和包覆在改善材料性能方面仍具有较大的局限性。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种多层次协同改性的锂电池正极材料镍钴锰酸锂及其制备方法。该方法可以实现对材料二次颗粒表面、一次颗粒表面以及一次颗粒内部的多层次改性，所制备的材料具有良好的存储特性、输出特性和循环特性，满足锂离子电池特别是车用动力电池的使用要求。为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的。