[发明专利]一种双改性高镍三元材料及其制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池正极材料领域，公开了一种双改性高镍三元材料及其制备方法。该方法包括：(1)将含有高镍三元前驱体和锂盐的混合物进行第一焙烧，得到高镍三元基础材料；(2)将所述高镍三元基础材料与纳米ZrO₂进行混合，得到ZrO₂包覆的高镍三元材料；(3)将所述ZrO₂包覆的高镍三元材料进行第二焙烧，得到Li₂NiZrO₄包覆和亚表层掺杂Zr的双改性高镍三元材料。本发明提供的方法有效降低了三元材料的表面活性，从而降低了材料表面残碱含量，提高了三元材料的循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料领域，具体涉及一种制备双改性高镍三元材料的方法以及由该方法制备得到的双改性高镍三元材料。

背景技术

锂离子电池由于能量密度高、循环性能好、无记忆效应等优点已经被广泛应用于如手机、笔记本电脑等小型消费类电子领域，以及电动自行车、电动汽车、风电光电储能等大型动力电池和储能电源领域。

随着新能源汽车的推广，动力型锂离子电池得到了极大的发展。尽管锂离子电池具有较高的能量密度，但锂电池电动汽车依然存在续驶里程短的缺点，这也严重制约了其大规模应用。

锂离子电池的能量密度、循环寿命、安全性能以及成本高低主要取决于正极材料的性能。

近几年，三元材料(包括镍钴锰酸锂和镍钴铝酸锂)及其改性产品由于放电比容量高和循环寿命长的优势，在电动汽车用动力电池领域得到广泛应用。

但是，当前三元锂电池电动汽车并不能满足用户对其长续驶里程的要求，这促使动力电池必须提供更大的存储能量来进一步增加续驶里程。

层状三元材料中，镍是主要的氧化还原反应元素，提高镍含量则可以有效地提高其放电比容量，从而提高动力电池的存储能量，因此高镍(Ni≥0.6)三元材料成为一个重要的发展趋势。

然而，随着镍含量的提高，由于Li⁺/Ni²⁺混排严重，导致其晶体结构稳定性较差，循环过程中容量衰减较快。

此外，高镍三元材料表面的残碱含量高，这导致在电极制作过程中浆料很容易形成果冻状，使其难以涂布成极片。

同时，材料表面残留的Li₂CO₃在高压下会分解产生气体，是电池胀气的主要原因，从而带来安全隐患。

为了降低高镍三元材料的残碱含量和提高材料的循环性能，研究人员采用了水洗(Journal of Power Sources,2013,222:318-325)、无机惰性材料包覆(CN108172821A)等多种改性手段。

但是，水洗会使得更多的活性Li⁺从材料晶格中脱出，导致材料放电比容量降低，循环性能变差；无机惰性材料包覆虽然有助于提高循环性能，但并未改变高镍三元材料表面Ni³⁺的高活性，因此也未从根本上解决高镍三元材料残碱含量高的问题。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种制备能够作为锂离子电池正极材料的新的双改性高镍三元材料的方法，以期降低材料表面活性，从而降低表面残碱含量，同时减缓电池充放电过程中活性材料与电解液的副反应，进而提高材料的循环性能。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种制备双改性高镍三元材料的方法，该方法包括：

(1)将高镍三元前驱体和锂盐的混合物进行第一焙烧，得到高镍三元基础材料；

(2)将所述高镍三元基础材料与纳米ZrO₂进行混合，得到ZrO₂包覆的高镍三元材料；