[发明专利]一种高镍三元正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种高镍三元正极材料及其制备方法和应用。高镍三元正极材料的制备方法包括如下步骤：S1.将高镍三元前驱体、锂源、掺杂剂1混合均匀；S2.将混合原料进行一次烧结得到一烧产品；S3.将一烧产品与掺杂剂2混合均匀，进行二次烧结得到二烧产品；S4.将二烧产品水洗干燥后与包覆剂1和包覆剂2混合均匀，进行三次烧结得到三烧产品；S5.将三烧产品经过过筛、批混、除磁、打包得到高镍三元正极材料。本发明的高镍三元正极材料首效可达87％，0.1C放电容量接近200mAh/g，1C放电容量接近190mAh/g，在25℃条件下1C充放电1000次容量保持率94.5％，在45℃条件下1C充放电1000次容量保持率89.3％，显著提高了材料的热稳定性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，更具体地，涉及一种高镍三元正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池由于具有比能量大，循环寿命长，单体电压高，自放电小等优点，其应用范围越来越广泛。但是锂电池在应用中潜在的安全问题已经成为制约其发展的一个瓶颈，尤其是动力锂离子电池组。人们不断追求高能量密度的锂离子电池，尤其高镍三元正极材料具有比较高的能量密度，能够带给动力电池汽车比较长的续航里程。然而在发展高能量密度动力电池的同时，频发的锂离子电池爆炸、自燃等安全事故使得锂离子电池安全性问题被用户所深深忧虑。高镍三元正极材料制作的锂离子电池可以在-20～55℃范围内使用，当温度大于45℃时,自放电增大,容量下降,影响其安全性。当电池温度升高时,其内部可能发生很多放热反应,主要有:负极上电解质的还原,正极上电解质的氧化,电解质的热分解,负极的热分解，正极的热分解等.正极高温分解时，氧从金属氧化物点阵中析出,电池内部压力增大，同时放出热量。

针对高镍正极材料热稳定性能的改善，CN106654222A公开了一种高镍正极材料及其制备方法以及锂离子电池，其通过在高镍正极材料的前驱体中加入非金属掺杂剂，加入锂源烧结后得到具有非金属掺杂的高镍正极材料。其主要是通过改善材料表面的性能并提高晶体结构的稳定性，从而提升材料的热稳定性，对于材料烧结后的晶体结构大小的均匀性以及电极材料的热分解对材料热稳定性的影响并未提供相关的技术启示，且热稳定性的提升效果有限，在200次循环后容量保持率就已经降到了90％左右。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有高镍正极材料容易氧化，且晶体结构大小分布不够密实均匀而导致的热稳定性差的缺陷和不足，提供一种高镍三元正极材料的制备方法，通过对晶体结构进行优化，使晶体结构更加稳定；同时通过包覆的改性，提高了材料的导电性以及降低了锂离子电池正极上电解质的氧化；有效的提高了材料的热稳定性。

本发明的另一目的在于提供一种高镍三元正极材料。

本发明的再一目的在于提供一种高镍三元正极材料在锂离子电池制备中的应用。

本发明的又一目的在于提供一种锂离子电池。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种高镍三元正极材料的制备方法，包括如下步骤：

S1.原料混合：将高镍三元前驱体、锂源、掺杂剂1混合均匀，其中高镍三元前驱体与锂源的摩尔比为1:(1～1.05)，掺杂剂1为高镍三元正极材料质量的2000ppm～4000ppm，所述高镍多元前驱体材料分子式为Ni_xCo_yAl_1-x-y(OH)₂，其中0.85≤x＜1；0＜y≤0.15；

S2.一次烧结：将混合原料进行一次烧结得到一烧产品，烧结温度为750～850℃，保温时长10～12h，烧结气氛为氧气，氧含量为≥90％；

S3.二次烧结：将一烧产品与掺杂剂2混合均匀，进行二次烧结得到二烧产品，其中掺杂剂2为高镍三元正极材料质量的6000ppm～8000ppm，烧结温度为550～650℃，保温时长8～12h，烧结气氛为氧气，氧含量为≥90％；