[发明专利]一种掺杂包覆改性锂离子电池层状富镍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的制备技术领域，具体涉及一种掺杂包覆改性锂离子电池层状富镍正极材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着电动汽车的技术革新而带来的发展要求，对动力电池的锂离子电池能量密度提出了更高的要求。层状富镍正极材料LiNi_xCo_yM_z(其中，0.5≤x≤1，M为Mn、Al、Zn、Mg、Ti、Zr和V中的一种或多种)，是近年来最受关注的锂离子动力电池正极材料，拥有能量高、成本低、安全性好等特点，表现出优异的电化学性能，有望成为未来市场主导的动力电池正极材料。

但是，层状富镍正极材料随着镍含量的增加，虽然比容量增加，其存在固有缺陷而发生结构变化，在产业化应用上有很大难度。层状富镍正极材料在循环过程中，特别是高压高温等特殊条件下，氧化后的Ni⁴⁺会与电解液发生副反应，导致结构坍塌而不可逆，并且材料自身阻抗增大，带来严重的安全性问题，是制约其大规模应用的关键。另外，富镍正极材料在反应过程中发生锂镍混排，导致活性氧的脱出而在材料表面生成大量锂残渣Li₂O或LiOH，并接触空气时吸收大量的H₂O/CO₂，在材料表面积累大量锂残渣和水分，极大影响材料的加工性能，同时产生材料的胀气问题，造成循环性能衰减，最终材料整体的电化学性能的恶化而失效。

通常情况下，金属离子掺杂是一种有效改善层状富镍材料长期循环稳定性的方法，但是并不能减少材料与空气或电解液的直接接触、降低材料表面锂残渣的产生。虽然表面残渣可以在制备过程中增加水洗这个步骤，但富镍材料对水分十分敏感，容易发生脱锂反应而表面晶体结构遭到破坏，从而降低了材料的电化学性能。因此，需要进一步采用表面包覆来修饰来改性层状富镍正极材料，有利于锂离子的脱嵌，减少材料表面过量的锂残渣。

故，提供一种掺杂包覆改性锂离子电池层状富镍正极材料及其制备方法以提升材料的电化学性能以及加工安全性能甚为必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种掺杂包覆改性锂离子电池层状富镍正极材料及其制备方法，对已有的锂离子电池富镍正极材料的制备工艺进行改进，以改善锂离子电池富镍正极材料的循环稳定性和倍率性能，提高材料在高压或者高温等苛刻条件下充放电测试的电化学性能，增加材料的能量密度，适用于工业化应用。

本发明的目的通过如下技术手段实现。

提供一种掺杂包覆改性锂离子电池层状富镍正极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)称取镍盐、钴盐、锰盐、铝盐和M金属盐分别溶解于去离子水中，分别配制成浓度均为0.05-2mol/L的盐溶液；所述镍盐、钴盐、锰盐、铝盐和M金属盐是按照高镍层状正极材料前驱体化学式Ni_1-a-b-c-dCo_aMn_bAl_cM_d(OH)₂中Ni、Co、Mn、Al和M元素的摩尔比称取，其中a、b、c、d、x为摩尔数，0<a≤0.3，0<b≤0.2，0<c≤0.05，0<d≤0.05且0<a+b+c+d≤0.5，M为金属离子Zn、Mg、Ti、Zr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0.2-2mol/L，氨水的摩尔浓度为0.1-1mol/L；

3)将步骤2)所得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的％-80％，并且控制反应釜中液体的pH值在8-12之间、温度在40-80℃之间；

4)将步骤1)配制好的镍盐、钴盐、锰盐、铝盐和M金属盐溶液通过蠕动泵分别匀速加入反应釜中，整个过程中控制反应釜中液体的pH值在8-12之间、温度在40-80℃之间；

5)待镍盐、钴盐、锰盐、铝盐和M金属盐完全加入，静置陈化8-24小时后，然后将沉淀过滤、洗涤、烘干；