[发明专利]一种三元正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于电池材料领域，公开了一种三元正极材料及其制备方法和应用，该三元正极材料的化学式为LiNi_xCo_yMn_(1‑x‑y)MO₂，其中0.5≤x≤1，y≥0，M含有的元素选自铌、硼或钛中的至少一种。本发明通过引入铌化合物、硼化合物或钛化合物与表面残余锂的反应过程，以此粘合周围的微粉并重新附着到材料表面缺陷位置，可大幅度降低材料中的微粉含量并修复表面缺陷，同时反应将消耗部分的表面残余锂，生成的铌酸锂、硼酸锂或钛酸锂将均匀包覆在材料表面，从而获得循环和倍率性能较优异的三元正极材料。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料领域，具体涉及一种三元正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

在电动汽车领域，人们普遍关心电动汽车的续航里程，随着各种电动汽车自燃事件的发生，人们也越来越重视电动汽车的安全性能。电动汽车最关键的部件在于锂离子电池，锂离子电池一般由正极、负极、隔膜和电解液组成，其中正极材料的性能直接决定了锂离子电池的能量密度、安全性能和使用寿命。目前锂离子电池正极普遍采用插锂化合物，如LiMn₂O₄、LiFePO₄、LiCoO₂、三元正极材料Li(Ni_xCo_yMn_z)O₂。其中，三元正极材料因其具有更高的能量密度优势而成为了各大电池厂家的研究重点。

三元正极材料在制备过程中会引入微粉，尤其是单晶三元正极材料经过破碎工艺后微粉含量显著增加，表面缺陷也增加。较多的微粉和较高的残余锂将影响材料在电极制备过程中的搅浆和涂布，使得搅浆过程中容易产生凝胶化现象，涂布厚薄不均，容易引起电池容量过低或过高，在电池循环过程中形成析锂，影响电池寿命。

发明内容

本发明的目的在于针对目前传统三元正极材料存在的不足，提供一种三元正极材料及其制备方法和应用。该制备方法的纳米级包覆剂通过搅拌均匀分散在溶剂中，并通过溶剂将其带到基材表面，通过第二次烧结过程中引入铌化合物、硼化合物或钛化合物与表面残余锂的反应，以此粘合周围的微粉并重新附着到烧料的表面缺陷位置，同时反应将消耗部分的残余锂，生成的铌酸锂、硼酸锂或钛酸锂将均匀包覆在材料表面。因此，该制备方法将明显降低材料的微粉含量和表面残余锂，有助于电极制备过程中的搅浆和涂布，同时粘附的微粉将有效修复材料表面缺陷，协同包覆层从而提高三元正极材料的循环性能和倍率性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种三元正极材料，其化学式为LiNi_xCo_yMn_(1-x-y)MO₂，其中0.5≤x≤1，y≥0，M含有的元素选自铌、硼或钛中的至少一种。

优选地，所述三元正极材料的D50为3-6μm，K₉₀为1.0-1.6，电压窗口在2.8-4.25V，0.1C倍率下初始容量198-202mAh/g，1C倍率循环50圈后容量保持率为90-96％。

一种三元正极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将锂源、镍钴锰的前驱体混合，进行球磨，得到混合物；

(2)将所述混合物进行第一次烧结、粉碎、过筛，得到烧料；

(3)将所述烧料和化合物加入有机溶剂和水的混合液中混合，搅拌，蒸干，得到蒸干料；

(4)将所述蒸干料进行进行第二次烧结，冷却，即得所述三元正极材料；

步骤(3)中，所述化合物为铌化合物、硼化合物或钛化合物中的至少一种。