[发明专利]一种高镍正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高镍正极材料及其制备方法，所述高镍正极材料的基体材料为Li_x(Ni_aCo_bMn_c)O₂型NCM三元材料，其中1.0≤x≤1.06，a+b+c=1，a≥0.8，其特征在于，在所述基体材料外包覆有一层表面改性的纳米金属氧化物钝化层，所述表面改性采用的物质为低熔点无机盐。基体材料外包覆一层经低熔点无机盐表面改性的纳米金属氧化物钝化层，在提高镍含量的三元体系中，采用两次退火处理完成表面改性，稳定高镍正极材料的晶体结构并降低材料表面残碱含量，制备的高镍正极材料容量高，循环好。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种高镍正极材料及其制备方法。

背景技术

高镍层状正极材料其化学通式为Li_x(Ni_aCo_bMn_c)O₂，其中1.00≤x≤1.09，a+b+c=1，a≥0.8，尤其是在Ni元素含量大于80%时，材料表现出大于180mAh/g高容量特性，但材料表面残余的LiOH及Li₂CO₃在进行电极制备时与粘结剂、（PVDF）、有机溶剂（NMP）发生反应，导致合浆过程中出现果冻化现象。目前针对这一问题，韩国学者Jaephil Cho及其课题组研究发现了水洗后进行退火处理对于LiNi_0.83Co_0.15Al_0.02O₂材料pH具有明显的降低作用，而未经过水洗处理的材料在同样退火处理的情况下表面残碱则有了明显上升；中南大学王志兴课题组对于NCM811材料，进行了一系列水洗实验，以探究高镍材料水洗对于表面材料结构的影响以及循环性能的影响。但上述两种主流做法从学术的角度论证了水洗后对于材料表面形貌、晶体结构及电化学性能的影响，并未有考虑水洗后如何在降低pH的基础上减少材料克容量的损失，从而保证材料能量密度及相应的循环性能。

发明内容

基于此，本发明提供了一种高镍正极材料及其制备方法，在基体材料外包覆一层经低熔点无机盐表面改性的纳米金属氧化物钝化层，在提高镍含量的三元体系中，采用两次退火处理完成表面改性，稳定高镍正极材料的晶体结构并降低材料表面残碱含量，制备的高镍正极材料容量高，循环好。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高镍正极材料，所述高镍正极材料的基体材料为Li_x(Ni_aCo_bMn_c)O₂型NCM三元材料，其中1.0≤x≤1.06，a+b+c=1，a≥0.8，在所述基体材料外包覆有一层表面改性的纳米金属氧化物钝化层，所述表面改性采用的物质为低熔点无机盐。

进一步的，所述高镍正极材料的表面残碱含量为0.04~0.07wt%LiOH和0.05~0.3wt%Li₂CO₃。

进一步的，所述纳米金属氧化物钝化层为基体材料的0.05~2wt%，所述纳米金属氧化物为Al氧化物、W氧化物、Zr氧化物、Ti氧化物中的至少一种。

优选的，所述纳米金属氧化物为质量比为(0.5~2):1的Al₂O₃和ZrO₂组成。

进一步的，所述低熔点无机盐为B无机盐、Ti无机盐、Al无机盐中的一种或几种的混合。

本发明的另一个目的在于提供一种上述高镍正极材料的制备方法，包括以下步骤：

a、将镍钴锰氢氧化物前驱体和锂源混合均匀得混合粉体后，经烧结得基体材料；

b、将所述基体材料与纳米金属氧化物干法混匀得一次混合粉体后，经一次退火处理得一次改性粉体；