[发明专利]表面修饰锂离子电池高镍层状正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料制备技术领域，具体涉及橄榄石型结构LiN_xPO₄表面修饰锂离子电池高镍层状正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池由于其环境友好、安全性能优异、比能量密度高，自放电小等特点，已经被广泛地应用于便携式电子产品以及电动汽车等领域。近年来，如何进一步提高锂离子电池的能量密度，是促进锂离子电池在电动汽车和混合动力汽车领域广泛应用的关键。其中，正极材料比容量较低直接导致高能量密度无法满足长里程电动汽车的要求，是阻碍锂离子电池进一步发展的重要因素。因此，研究和提高正极材料是锂离子电池发展的关键。

目前，已经商业化的三元正极材料由于能量密度高和循环性能优异，市场逐渐下降主流正极材料LiCoO₂的出货量和提高三元材料的生产量。特别是，层状高镍正极材料(LiNi_aCo_bM_1-a-bO₂)因其超过180mAh/g的实际比容量和3.7V高工作电压，引起广泛的兴趣和市场关注。但是，层状高镍正极材料存在压实密度不够高，无法完全发挥能量密度的优势；同时，正极材料表面存在残余的碱杂质，较高的碱含量加大了电芯制备过程困难，并且导致高温存储性能不佳。

因此，提供一种橄榄石型结构LiN_xPO₄表面修饰锂离子电池高镍层状正极材料及其制备方法以解决现有技术不足甚为必要。

发明内容

本发明目的在于提供一种橄榄石型结构LiN_xPO₄表面修饰锂离子电池高镍层状正极材料及其制备方法，制备方法操作简单、环境友好，所获得的橄榄石型结构LiN_xPO₄表面修饰锂离子电池高镍层状正极材料可有效提高锂离子电池高镍层状正极材料其循环稳定性，有利于锂离子的脱嵌，抑制材料在循环过程中的不可逆形变。

本发明的目的通过如下技术手段实现。

提供一种橄榄石型结构LiN_xPO₄表面修饰锂离子电池高镍层状正极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)称取镍盐、钴盐和M金属盐分别溶解于去离子水中，配制成浓度均为0.1-1mol/L的盐溶液；所述镍盐、钴盐和M金属盐是按照高镍层状正极材料前驱体化学式Ni_aCo_bM_1-a-b(OH)₂中Ni、Co和M元素的摩尔比称取，其中，a、b为摩尔数，0.5≤a≤1，0≤b≤0.2且0.5≤a+b≤1，M为金属离子Al、Mn和V中的一种或多种；

2)将碱性溶液和氨水溶解在去离子水中配制成混合碱溶液；其中，碱性溶液浓度为1-5mol/L，氨水的摩尔浓度为0.5-2.5mol/L；

3)将步骤2)所得的混合碱溶液加入到反应釜中，混合碱溶液的体积占反应釜容积50％-80％，并且控制反应釜中液体的pH值在8-14之间、温度在40-90℃之间；

4)将步骤1)配制好的镍盐、钴盐和M金属盐溶液通过蠕动泵分别匀速加入反应釜中，整个过程中反应釜中液体的的pH值在8-14之间、温度在40-90℃之间；

5)待镍盐、钴盐和M金属盐完全加入，静置陈化12-24小时后，然后将沉淀过滤、洗涤、烘干；

6)将步骤5)烘干后的沉淀物与锂盐均匀混合，沉淀物与锂盐的摩尔比为1：1至1：1.1；并在450-600℃预烧3-8小时，然后在650-1000℃煅烧10-24小时，即得到纯相锂离子电池高镍层状正极材料LiNi_aCo_bM_1-a-bO₂；

7)将锂源、N过渡金属源、磷源、添加剂按照摩尔比1：x：1：(0.1-2)全部溶于去离子水中，溶液浓度为0.1-5mol/L，然后加入步骤6)所得的纯相锂离子电池高镍层状正极材料，在80-120℃下将去离子水蒸干，形成凝胶；

8)将步骤7)所得凝胶在100-120℃下真空烘干，破碎，在300℃-500℃的保护气氛下烧结2-6小时，即得到橄榄石型结构LiN_xPO₄表面修饰锂离子电池高镍层状正极材料LiNi_aCo_bM_1-a-bO₂。