[发明专利]一种包覆钨酸锂的三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种包覆钨酸锂的三元正极材料及制备方法，制备方法包括将镍钴锰氢氧化物前躯体进行煅烧，得到多孔镍钴锰氧化物前躯体；将钨源溶解在溶剂中形成钨源溶液；将多孔镍钴锰氧化物前驱体分散在钨源溶液中，再进行搅拌、浸渍和蒸干，得到粉末产物；将粉末产物与锂源按摩尔比为1:1.03～1.05混合后进行烧结，得到包覆钨酸锂的三元正极材料。所得正极材料为多孔镍钴锰酸锂，所述多孔镍钴锰酸锂不仅表面包覆有钨酸锂，而且孔隙内壁还包覆有钨酸锂，使正极材料的容量保持率与循环性能得到有效提高。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料领域，特别涉及一种包覆钨酸锂的三元正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子可充电二次电池早在20世纪晚期就被日本Sony公司成功的商业化应用，从而取代了原有的镍氢等二次电池。目前锂离子电池已经广泛应用于各种便携式电子产品、电动工具和储能系统。在全球能源和环境问题日益严峻的情况下，锂离子电池逐步走向电动汽车动力领域，因此要求锂离子电池具有高能量密度、高功率密度、环境友好、安全性好、价格便宜等优点。目前的三元正极材料实际上综合了LiCoO₂、LiNiO₂和LiMnO₂三种材料的优点，性能优于单一成分的层状正极材料，具有广阔的应用前景。

高镍三元正极材料同时继承了LiCoO₂、LiNiO₂、LiMnO₂的优点，材料中三种元素对材料性能的影响各不相同：Co能有效稳定三元材料的层状结构并抑制阳离子混排，提高材料的电子导电性和改善循环性能；Mn能降低成本，改善材料的结构稳定性和安全性；Ni作为活性物质有助于提高容量。高镍正极材料在动力电池领域逐渐取代了LiCoO₂、LiFePO₄。但是高镍正极材料也存在一些问题，其暴露在空气中时表面会形成LiOH和Li₂CO₃，此外高镍正极材料表面的Ni⁴⁺在充放电过程中会与电解质溶液发生副反应形成固体电解质界面膜(SEI膜)。SEI膜的化学性质很大程度上取决于电解质溶液的组成。它的形成将消耗电解质溶液，导致首次充放电效率和容量降低。此外，SEI膜中含有的绝缘物质会阻碍锂离子扩散到活性材料中，导致电池阻抗增大。高镍三元正极材料表面Ni⁴⁺与电解质溶液间的反应将伴随着气体逸出，材料表面的Ni⁴⁺越多，材料与电解液之间越容易发生副反应。这种副反应会使电池内部产生大量的气体，这些气体将会增大电池内压，造成安全隐患。研究显示，充电截止电压越高，电池内部释放气体越多，电池内压升高速度越快。为了改善这种情况，一般采用表面包覆的方法在材料表面涂覆一层物理保护层以减少或隔绝活性物质与电解液和空气的接触，从而改善材料综合性能。

发明内容

本发明提供了一种包覆钨酸锂的三元正极材料的制备方法，其目的是为了通过在多孔三元正极材料孔隙内壁包覆钨酸锂，以及在其表面包覆钨酸锂来提高三元正极材料的容量保持率和循环性能。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种包覆钨酸锂的三元正极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将镍钴锰氢氧化物前躯体进行煅烧，得到多孔镍钴锰氧化物前躯体；

(2)将钨源溶解在溶剂中形成钨源溶液；

(3)将步骤(1)所得多孔镍钴锰氧化物前驱体分散在步骤(2)所得钨源溶液中，再进行搅拌、浸渍和蒸干，得到粉末产物；

其中，钨源中的钨元素与多孔镍钴锰氧化物前驱体中过渡金属元素的摩尔比满足：W/(Ni+Co+Mn)＝0.08～0.64％；

当W含量过低时起不到改性材料的作用或作用不明显，当W含量过高时会使材料的充放电比容量损失较多，所以要控制在上述范围内。