[发明专利]一种三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种三元正极材料及其制备方法。该制备方法包括：利用超微粒子发生器将可溶性盐的柠檬酸水溶液处理成超微粒子，即三元正极材料的处理液；在密闭空间中，将三元正极材料的处理液与待处理三元正极材料混合，处理1min‑20min，干燥后烧结得到三元正极材料。通过本发明的制备方法得到的三元正极材料的表面残碱含量低的同时具有较高的电容量。

技术领域

本发明的涉及一种锂离子电池的三元正极材料的制备方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

锂离子电池是一种高新技术产品。镍钴锰(NMC)三元材料是近年来开发的一类新型锂离子电池正极材料，具有容量高、循环稳定性好、成本适中等重要优点，由于这类材料可以同时有效克服钴酸锂材料成本过高、锰酸锂材料稳定性不高、磷酸铁锂容量低等问题，在电池中已实现了成功的应用，并且应用规模得到了迅速的发展。

但是，无论是NMC或是NCA(镍钴铝三元材料)表面的残碱含量比较高是其在实际应用中一个比较突出的问题。造成正极材料pH高的主要原因是材料表面的碱性化合物的存在。正极材料表面的碱性化合物主要来住两个方面的因素。第一个因素在实际的生产过程中，因为锂盐在高温煅烧过程中会有一定的挥发，配料时会稍微提高Li/M比(即锂盐适当过量)来弥补烧结过程中造成的损失。因此多少都会有少量的Li剩余(在高温下以Li₂O的形式存在)，温度降低到室温以后Li₂O会吸附空气中的CO₂和H₂O而形成LiOH和Li₂CO₃等。第二个因素，就是实验已经证实正极材料表面的活性氧阴离子会和空气中的CO₂和水分反应而生成碳酸根，同时锂离子从本体迁移到表面并在材料表面形成Li₂CO₃，这一过程同时伴随着材料表面脱氧而形成结构扭曲的表面氧化物层。

正极材料的表面残碱含量过高会给电化学性能带来诸多负面影响。比如，会影响涂布，NCA和富镍三元材料pH高使材料极易吸水变质，对粘结剂的兼容性差，导致浆料分散性和稳定性差，在匀浆过程中很容易形成果冻状。再比如，pH高使材料极易吸湿，在电池高温存储过程中，LiPF₆与材料吸收的水分反应，表面碱性化合物对电化学性能的影响主要体现在增加了不可逆容量损失，同时恶化循环性能，产生胀气，从而带来安全隐患。

目前，普遍采用对三元材料进行水洗，然后在较低的温度下进行二次烧结的工艺来降低正极材料的表面残碱含量。该方法可以将表面残碱清洗得比较彻底，但其弊端也是非常明显的，处理之后的三元材料倍率和循环性能明显下降而达不到动力电池的使用要求，并且水洗加二烧的工艺还增加了成本。因此寻找合适的降低三元材料表面残碱的方法势在必行。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种表面残碱含量较低，且不会降低电池电容量的正极材料的制备方法。

为了实现上述技术目的，本发明首先提供了一种三元正极材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

利用超微粒子发生器将可溶性盐的柠檬酸水溶液处理成超微粒子，得到三元正极材料的处理液；

在密闭空间中，将三元正极材料的处理液与待处理三元正极材料混合，处理1min-20min，干燥后烧结得到三元正极材料。

在本发明的制备方法中，整个制备过程均在密闭空间中进行，以减少空气的混入，避免二氧化碳参与反应。密闭空间为常压或负压，处理温度为常温。在本发明的一具体实施方式中，三元正极材料的处理液的粒径为0.05μm-50μm。比如，处理液的粒径可以为0.1μm、1μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm等。

该粒径下的处理液的比表面积较大，且颗粒有较强的穿透能力，可以有效扩大反应面积和程度。