[发明专利]一种原位掺杂高镍正极材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种原位掺杂高镍正极材料制备方法，包括以下步骤：(1)将镍、钴、锰的可溶性盐、掺杂剂A以及一定浓度氨水按一定比例制备出球形NCM三元前驱体；(2)将前驱体和锂源混合均匀，进行一次烧结，烧结温度为800～950℃，然后进行鄂破、对辊、粉碎、过筛，得到单晶高镍材料；(3)将一次烧结料与一定量包覆剂B进行干法包覆，然后在富氧条件下进行二次烧结，烧结温度为550～750℃，经粉碎过筛后得到高镍单晶NCM三元正极材料。本发明中采用前驱体原位掺杂，可以促进在烧结过程中一次颗粒的快速长大，获得大尺寸单晶，提高材料的压实密度，以及在电化学过程中，具备优异的高温循环性能。

技术领域

本发明涉及新能源汽车用锂离子动力电池技术领域，具体涉及一种原位掺杂高镍正极材料的制备方法。

背景技术

高容量、高电压、长循环、低成本是目前三元锂离子动力电池的发展趋势，NCM111、NCM424、NCM523以及NCM622等体系产品虽然制备技术较为成熟，但其产品容量以及生产成本已经很难在高端技术领域形成竞争力。降低钴含量，提高镍含量是目前三元锂离子电池发展的趋势。

高镍三元正极材料具有一些不可避免的缺陷，高温循环性能差，电子电导率低，Li/Ni混排造成倍率下降，一般采用掺杂和表面包覆等措施来改善材料电化学性能。在实际生产中一般采用前驱体与掺杂剂干法混合掺杂，这种方法在一定程度上很难做到均匀混合。前驱体原位掺杂是目前研究的热点，此方法可做到在前驱体制备过程中将掺杂剂均匀掺杂在前驱体中。

目前NCM三元锂离子电池正极材料以单晶和二次球颗粒形态为主，二次球颗粒形态的NCM正极材料压实密度低，高温循环性能差，在充放电过程中容易出现二次球颗粒破碎与结构坍塌的现象，是的电池内部副反应加剧，电池性能变差。

本发明针对高镍三元材料存在的以上问题，开发了一种原位掺杂高镍单晶正极材料，具有结构稳定、压实密度高，循环性能好，表面游离锂含量低等优点，使得产品在市场中具有较强的竞争优势。

发明内容

高容量、长循环、低成本是目前三元锂离子电池正极材料市场竞争的核心，本发明通过前驱体掺杂A来降低烧结温度，从而降低成本，并且低温烧结可提升材料容量，并且掺杂剂A有利于提升材料的循环性能，Ni_0.83Co_0.07Mn_0.1O₂本身是一种高容量单晶正极材料，拥有较好的循环性能，二次烧结包覆添加剂B可以明显提升材料的循环性能。

基于以上现有技术，本发明的目的在于提供一种原位掺杂高镍正极材料的制备方法，该材料为具备高容量、长循环、高安全性、低成本的正极材料，

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：

一种原位掺杂高镍正极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将镍、钴、锰的可溶性盐、掺杂剂A以及氨水混合进行共沉淀反应，制备出球形NCM三元前驱体；

(2)利用单轴式犁刀混合机将高镍前驱体和氢氧化锂混合均匀，将混合粉末进行一次烧结，然后进行鄂破、对辊、粉碎、过筛，得到一次烧结料；

(3)将一次烧结料与包覆剂B进行干法包覆，然后在富氧条件下进行二次烧结，烧结后经粉碎过筛后得到高镍NCM三元正极材料。

为了更好的实现本发明，进一步的，步骤(1)中镍离子、钴离子、锰离子的总浓度为0.4～2.5mol/L；氨水浓度：0.1～0.5mol/L；掺杂剂A为ZrSO₄、SrSO₄、MgSO₄、CaSO₄中的至少一种；其中，掺杂剂用量为：掺杂剂金属阳离子：镍钴锰阳离子摩尔比＝1:(100～1000)。