[发明专利]一种三元镍钴锰复合材料、其制备方法与锂离子电池

说明书

本发明提供了一种三元镍钴锰复合材料的制备方法，包括以下步骤：A)利用直流辉光放电产生的等离子体处理金属氧化物，得到含氧空位的金属氧化物；将Ni_xCo_yMn_z(OH)₂和锂源混合后固相烧结，得到三元镍钴锰基体材料；B)将所述含氧空位的金属氧化物和所述三元镍钴锰基体材料在溶剂中混合，加热搅拌，得到三元镍钴锰复合材料。本申请还提供了一种三元镍钴锰复合材料与一种锂离子电池。本申请利用等离子体处理金属氧化物制备出含氧空位的金属氧化物，其包覆于三元镍钴锰基体材料表面，有利于提高材料的倍率性能、循环稳定性以及抵抗电解液的腐蚀性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池制造技术领域，尤其涉及一种三元镍钴锰复合材料、其制备方法与锂离子电池。

背景技术

锂离子电池作为一种绿色能源，自从上世纪90年代初成功开发以来，就以比能量高、工作电压高、应用温度范围宽、自放电率低、循环寿命长、无污染等独特优势而倍受关注。目前商品化的锂离子电池正极材料主要为镍钴锰酸锂、磷酸亚铁锂、钴酸锂和锰酸锂等，其中镍钴锰酸锂正极材料是一种具有层状结构的正极材料，因其兼有镍酸锂、钴酸锂和锰酸锂的优点，价格便宜、合成方便，且由于国家政策管控，对能量密度要求越来越高，使得三元正极材料急需向高精尖方向发展。

目前三元正极材料存在的问题也比较突出，在充放电过程中一定会有Ni²⁺存在，由于Ni²⁺和Li⁺半径相近，容易发生阳离子混排现象，导致层状结构不稳定，锂离子无法进行有效脱嵌，造成极化现象加剧，可逆容量衰减；在高电压条件下，材料表面和电解液副反应加剧，导致材料结构发生相变，降低了电池的循环稳定性和安全性能，不利于三元材料在动力电池方向发展。

为了改善三元正极材料的倍率性能，提高材料循环稳定性能，一般存在几种改性方法：合成工艺优化、掺杂、包覆以及既掺杂又包覆。研究表明适量的在三元正极材料表面包覆一层涂层，不仅可以改善材料动力学性能，增大锂离子扩散系数，还能加强材料抗电解液腐蚀，提高材料的循环稳定性延长电池的使用寿命。由此，提供一种具有包覆层的三元正极材料是十分必要的。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种三元镍钴锰复合材料的制备方法，本申请制备的三元镍钴锰复合材料作为锂离子电池的正极材料可显著改善倍率性能、循环稳定性和高截止电压下抗电解液的腐蚀能力。

有鉴于此，本申请提供了一种三元镍钴锰复合材料的制备方法，包括以下步骤：

A)利用直流辉光放电产生的等离子体处理金属氧化物，得到含氧空位的金属氧化物；

将Ni_xCo_yMn_z(OH)₂和锂源混合后固相烧结，得到三元镍钴锰基体材料；0.3≤x≤0.9，0.1≤y≤0.3，z＝1-x-y；所述Ni_xCo_yMn_z(OH)₂与所述锂源的摩尔比为1：(1.05～1.15)；

B)将所述含氧空位的金属氧化物和所述三元镍钴锰基体材料在溶剂中混合，加热搅拌，得到三元镍钴锰复合材料。

优选的，所述金属氧化物选自铝的氧化物、钛的氧化物、镁的氧化物和锆的氧化物中的一种或多种。

优选的，步骤A)中所述处理金属氧化物的过程具体为：

在H₂/Ar气氛和压强为0.01～0.1个大气压的密闭腔内，在电极上施加直流电压，当直流电压达到350V时辉光放电产生等离子体；

将所述等离子体轰击在所述金属氧化物上达到离子注入，得到含氧空位的金属氧化物。