[发明专利]一种锂二次电池高镍正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种锂二次电池高镍正极材料的其制备方法，对制备工艺进行改进优化，可以得到有效元素掺杂的高镍三元材料，在保持材料层状结构完善的前提下，有效提升了材料的比容量循环寿命，避免了过度的Li/Ni混排以及镍离子的被还原，并且烧结气氛不受限制，可以是空气、氧气或氮气的任意一种或组合，生产工艺更加灵活。本发明还公开了一种锂二次电池高镍正极材料。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种锂二次电池高镍正极材料的制备方法。

背景技术

相对于其他二次电池体系，锂离子电池由于其能量密度高，自放电小，循环寿命长等优势已经广泛应用在笔记本，手机等数码电子产品中。虽然早在1873年，英国人RobertDavidson首次在马车的基础上利用铁锌电池制造出了第一辆电动三轮车，但由于早期电池过于笨重，能量密度和循环寿命均不能满足要求。随着2012年特斯拉Model S纯电动乘用车正式下线交付消费者，特别是近年来环境污染的日益严重以及石油价格的波动，锂离子电池驱动的纯电动汽车的发展越来越引起政府和企业方面的关注。

目前限制纯电动汽车发展的一个关键因素就是其续航里程还不能充分满足人们的生活需求。因此，开发高能量密度、长循环寿命的锂离子电池正极材料变得越来越迫切。其中高镍体系的正极材料特别是NCA和NCM811等材料由于其较高的放电容量和电压平台，引起了人们的广泛关注和研究。

镍钴铝酸锂等高镍材料虽然具有比较高的充放电比容量，但随着材料体系中镍含量的升高，材料的结构稳定性变差。尤其是体现在高镍三元素材料的制备过程中，为了完整层状结构的生成，避免过度的Li/Ni混排以及镍被还原成二价，随着镍含量的升高，最优的烧结温度需要不断降低。

但为了提升高镍三元材料在电池充放电循环过程中的结构稳定性，过渡金属元素掺杂又是必要的关键手段。但在量产的混料烧结步骤中引入过渡金属元素通常需要较高的烧结温度才能保证掺杂元素引入到材料的本体中，真正起到有效的掺杂作用。这本身与高镍三元材料需要较低的烧结温度相矛盾，尤其体现在掺杂型高镍材料制备过程中。

一种向锂二次电池三元镍钴锰正极材料中引入掺杂元素的方法是在三元前驱体的制备过程中即引入想要进行掺杂的元素，通常是在共沉淀的过程中将想要掺杂的元素的可溶性盐引入到三元镍钴锰硫酸盐体系中，同时通过氨水和氢氧化钠溶液的络合即pH值等参数的调控来达到共沉淀的目的。如申请号为03153034.6的专利，利用共沉淀的方法将想要掺杂的元素与本体元素的可溶性盐，通过氢氧化钠得到共沉淀的掺杂型氢氧化物。但受限于湿法共沉淀制备前驱体沉淀平衡常数的影响，想要不同金属元素共同沉淀仍然受限于元素种类和含量的影响。如申请号200410101824.4的专利通过溶胶凝胶法将掺杂元素、本体元素和有机酸络合剂制备掺杂型的前驱体，但该方法涉及有机物煅烧，存在环境污染风险，工业应用面临较大困难。并且通过前驱体中引入掺杂元素通常都是本体引入，而高镍材料结构的破坏通常都是由与电解液接触的表面结构开始的，不能形成有效的表层掺杂，实际效果并不理想。又如申请号为201710883429.3的专利，利用类单晶前驱体制备单晶形貌的高镍正极材料。但受限于制备类单晶前驱体液体添加剂、润湿剂的使用，实际制备过程较为复杂，并且涉及有机物的燃烧分解反应，且预制过程温度较低，难以实现有效的掺杂过程，因此实际应用过程存在困难。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种锂二次电池高镍正极材料的制备方法，通过优化制备工艺，可以得到有效元素掺杂的高镍三元材料，在保持材料层状结构完善的前提下，有效提升了材料的比容量循环寿命，避免了过度的Li/Ni混排以及镍离子的被还原。

本发明的另一目的是提供一种锂二次电池高镍正极材料。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锂二次电池高镍正极材料的制备方法，包括如下步骤：