[发明专利]高镍三元正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了高镍三元正极材料及其制备方法和应用，该方法包括：将高镍三元前驱体与锂源、掺杂剂混合后进行煅烧，以便得到高镍三元材料；将所述高镍三元材料进行水洗，过滤及干燥后得到高比表面积粉料；将所述高比表面积粉料与包覆剂混合，以便得到混合物；将所述混合物按照空隙率为40％‑60％分布于烧结体中后送至烧结炉，并在氧气气氛下烧结，冷却后得到高镍三元正极材料。该方法通过控制送至烧结炉中烧结容器中混合物的空隙率，显著降低了高镍三元材料的比表面积，有利于拓宽包覆剂的选择空间，且给高镍三元正极材料理化性能及电化学性能提供了更多的改善空间。

技术领域

本发明属于锂离子电池及其应用技术领域，具体而言，本发明涉及高镍三元正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍锰钴酸锂三元材料等是目前市面上主流的动力锂离子电池正极材料。磷酸铁锂虽然循环性能好，寿命长，但是能量密度低、倍率性能差等缺点限制了其在小型电动汽车上的应用；钴酸锂中由于钴矿资源的单一性，钴价格昂贵，易受市场波动影响，且钴对环境污染较大；锰酸锂的结构稳定性差造成了其电压衰减严重，虽然目前正在往富锂方面发展，但仍未见成效；镍钴锰酸锂三元材料(NCM)结合了镍、钴、锰各个元素的优点，具有高比容量高、寿命长、安全环保等众多优点，是目前动力锂离子电池发展的主流方向。

镍钴锰酸锂三元材料依据三种主元素镍钴锰的比例可划分为NCM111、NCM523、NCM622、NCM811等类型。其中，镍元素主要起到提高材料比容量的作用，钴元素主要起到提高倍率、支撑层状结构的作用，锰元素主要起到稳固整个晶体结构、提高循环的作用。因此，一般来说，镍含量越高，比容量越高，故目前动力锂离子电池正在逐渐往高镍方向发展，一些正在研究的产品其镍含量甚至已经突破了90％。

但目前的高镍三元正极材料仍然存在一些明显的问题，由于其镍含量较高，且按照发展趋势会越来越高，虽然因此其比容量得到了明显提升，但是由于镍离子的高氧化性，也导致其循环稳定性显著下降。并且在正极浆料制备时，由于高镍三元正极材料表面残余碱含量高，在空气中暴露一段时间就会吸潮致使浆料变为果冻状，无法继续利用只能报废，造成极大的浪费。而且高镍三元正极材料表面的残余碱易与CO₂发生反应，生成碳酸锂杂质，会增大电荷传递阻抗，增大极化，使容量衰减加剧。碳酸锂也会促进电解液中氟化氢的产生，腐蚀正极材料和集流体。

针对上述问题，目前主要通过水洗去除高镍三元正极材料表面的残余碱。但是一般的水洗方法在降低高镍三元正极材料表面残余碱的同时，会引起材料比表面积的大幅度增加，比表面积会从小于0.3增加到大于1.2，增加比例大于400％。过大的比表面积会增加锂离子电池在循环过程中高镍三元正极材料与电解液的接触面积，加快循环副产物对高镍三元正极材料的侵蚀，降低其循环性能。因此目前经过水洗后的高镍三元正极材料必须选取一定种类特性的包覆剂包覆后再次烧结，利用包覆剂的包覆效果对其负面作用进行改善。这就需要选定特定性质的表面包覆材料，如要延展性高，在用量尽量少且不影响正极材料主要性能的前提下，对正极材料表面进行充分覆盖，以稳定其外部结构，同时要低温易反应，因为反应温度过高的话，会造成烧结后表面残余碱过高，失去了水洗的意义，要结构稳定，这样才能在电池循环过程中不易受到电池反应及反应副产物的侵蚀。这样的话，对于包覆剂的选择范围，就会变得极其小。

因此，现有制备高镍三元正极材料的技术有待进一步改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种高镍三元正极材料及其制备方法和应用。该方法通过控制送至烧结炉中烧结容器中混合物的空隙率，显著降低了高镍三元材料的比表面积，有利于拓宽包覆剂的选择空间，且给高镍三元正极材料理化性能及电化学性能提供了更多的改善空间。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备高镍三元正极材料的方法，根据本发明的实施例，该方法包括：

将高镍三元前驱体与锂源、掺杂剂混合后进行煅烧，以便得到高镍三元材料；