[发明专利]一种层状多孔结构的高镍三元正极材料及制备方法与应用

说明书

本公开提供了一种层状多孔结构的高镍三元正极材料及制备方法与应用，其制备方法为：采用共沉淀法将钴盐、锰盐和碳酸盐制备成钴锰碳酸盐前驱体，再将钴锰碳酸盐前驱体焙烧获得钴锰氧化物，然后采用浸渍法将镍离子、锂离子引入至钴锰氧化物中，最后进行煅烧获得层状多孔的高镍三元正极材料；其中，层状多孔的高镍三元正极材料的化学式为LiNi_xCo_yMn_1‑x‑yO₂，0.5<x<1，0<y<0.5。本公开采用碳酸盐共沉淀‑浸渍法制备了高镍三元正极材料。经过实验发现，采用本公开制备方法制备的层状多孔的高镍三元正极材料，不仅能够提高高电压下的放电容量，而且能够提高高温下的循环稳定性。

技术领域

本公开属于新能源动力电池领域，涉及一种锂离子电池正极材料，具体涉及一种层状多孔结构的高镍三元正极材料及制备方法与应用。

背景技术

这里的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，而不必然构成现有技术。

全球气候的变化使得开发有利于保护环境与维持经济可持续发展的新能源技术成为研究热点。锂离电池作为一种新型储能电池已从小型的便携式电子设备迅速发展到纯电动汽车(EV)及大型的储能电源等领域。然而，目前商品化的锂离子电池仍不能满足市场对高容量性、高倍率性、高稳定性、高安全性和高一致性的需求，其中正极材料缺乏良好的电化学性能是制约其发展的重要原因之一。

层状结构的LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂(x>0.5)因具有高比容量、长循环寿命、低毒和廉价的特点及三种元素之间良好的协同效应，因此受到了广泛的应用。但在循环使用过程中仍存在容量保持率低，热稳定性差等缺陷。优化合成方法可有效地提高材料性能。因为合成会极大地影响结晶度，颗粒形态，相对纯度和离子混排。目前很多合成方法致力于解决这些问题如固相法、共沉淀法、溶胶-凝胶法和水热法等。氢氧化物共沉淀合成常用来合成高镍三元正极材料，如中国专利CN201710603691.8、CN201310699701.4、CN201110331881.1皆采用氢氧化物共沉淀法得到前驱体再进行烧结制备三元材料。但经过本公开发明人研究发现，氢氧化物共沉淀法工艺条件比较复杂，需要时刻监控反应体系pH变化和通入惰性气氛保护Mn²⁺不被氧化成Mn⁴⁺从而造成前驱体组分的不均匀以及杂相的生成。

发明内容

碳酸盐共沉淀法一般用来制备无镍或低镍的电池材料这是因为NiCO₃沉淀平衡常数(K_sp＝1.3×10^-7)与CoCO₃(K_sp＝1.1×10^-10)、MnCO₃(K_sp＝5×10^-10)的沉淀产物相差三个数量级，很难形成三种离子的碳酸盐，因此难以采用碳酸盐共沉淀-浸渍法制备高镍三元正极材料。

为了解决现有技术的不足，本公开的目的是提供一种层状多孔结构的高镍三元正极材料及制备方法与应用，该高镍三元正极材料的制备方法操作简单易操作，无需调控pH与通入惰性气氛。

为了实现上述目的，本公开的技术方案为：

一方面，一种层状多孔结构的高镍三元正极材料的制备方法，采用共沉淀法将钴盐、锰盐和碳酸盐制备成钴锰碳酸盐前驱体，再将钴锰碳酸盐前驱体焙烧获得钴锰氧化物，然后采用浸渍法将镍离子、锂离子引入至钴锰氧化物中，最后进行煅烧获得层状多孔的高镍三元正极材料；其中，层状多孔的高镍三元正极材料的化学式为LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂，0.5<x<1，0<y<0.5。