[发明专利]改性三元正极材料、其制备方法及锂离子电池

说明书

本发明提供了一种改性三元正极材料，与现有技术相比，本发明制备的改性三元正极材料的三元正极材料颗粒中，Al的含量由所述三元正极材料颗粒的外表面到内部逐渐递减，有助于提高材料的比容量和循环性能。由这种改性三元正极材料制得的锂离子电池的比容量较高，循环性能较优。本发明在得到正极材料前驱体之后，将纳米氧化铝与正极材料前驱体和锂化合物混合，进行烧结，得到三元正极材料颗粒。这种加铝的方法有助于提高材料的比容量和循环性能。另外，本发明通过在热处理后进行进一步特定洗涤剂的洗涤，最终制得的锂离子电池的比容量较高，循环性能较优。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，尤其涉及一种改性三元正极材料、其制备方法及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池因其具有较高的比容量和较长的使用寿命而备受青睐，同时，锂离子电池具有体积小、质量轻、自放电小、无记忆效应等优点，因而得到广泛应用。目前，锂离子电池采用的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元正极材料等。其中，三元正极材料因其具有较高的比容量、较好的热稳定性和较低的价格而成为研究热点。

目前，三元正极材料的主要合成方法为三元共沉淀法，即：在液相碱性溶液中，同时加入钴盐、镍盐、锰盐及铝盐，共沉淀生产镍钴锰铝的氢氧化物前驱体，再将上述前驱体跟锂源混合烧结，得到目标正极材料。这种方法得到的三元正极材料在充放电过程中材料表面易于与电解液发生副反应，导致电解液的分解和材料的结构坍塌，从而严重降低了材料的电化学性能和循环稳定性。同时，三元正极材料的颗粒团聚也会对材料的电化学性能和循环稳定性造成影响。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种改性三元正极材料、其制备方法及锂离子电池，由这种改性三元正极材料制得的锂离子电池的比容量较高，循环性能较优。

本发明提供了一种改性三元正极材料，包括：

三元正极材料颗粒和包覆在所述三元正极材料颗粒外表面的保护层；

所述三元正极材料颗粒由三元正极材料组成，所述三元正极材料的通式为Li(NixCoyMnzAlv)O₂；

其中，1≥x≥0.6，0.1≥y≥0.05，0.1≥z≥0；0.1≥v≥0.01，z+v＝0.1；

所述三元正极材料颗粒中，Al的含量由所述三元正极材料颗粒的外表面到内部逐渐递减。

优选的，所述保护层的组分为金属的氧化物或金属的磷酸盐。

本发明还提供了一种改性三元正极材料的制备方法，包括：

A)将正极材料前驱体、纳米氧化铝和锂化合物混合，烧结后得到三元正极材料颗粒；

所述正极材料前驱体的通式为NixCoy(OH)₂或NixCoyMnz(OH)₂；

其中，1≥x≥0.6，0.1≥y≥0.05，0.1≥z≥0；

B)将金属化合物与所述三元正极材料颗粒的溶液混合，在pH值为7～13的条件下进行反应，得到具有包覆结构的三元正极材料；

C)将所述具有包覆结构的三元正极材料进行热处理，得到改性三元正极材料。

优选的，所述正极材料前驱体、纳米氧化铝和锂化合物的摩尔比为0.9～1：0.01～0.1：1.0～1.07。

优选的，所述烧结的温度为600～900℃，所述烧结的时间为6～20h。

优选的，所述金属化合物包括金属氧化物、金属卤化物、金属磷酸盐、金属硫酸盐、金属硝酸盐、金属氯化盐和金属有机盐中的一种或几种；

所述金属化合物占所述三元正极材料颗粒的0.5wt％～2wt％。