[发明专利]一种高镍三元正极材料、其制备方法及锂离子电池

说明书

本发明提供了一种高镍三元正极材料、其制备方法及锂离子电池，所述的高镍三元正极材料为核壳结构颗粒，包括内核及包裹内核的壳层，所述的内核为镁钇共掺杂的镍钴锰三元材料，其中，镁元素的掺杂量为500～1500ppm；所述的壳层包括LiYO₂。本发明采用锂位掺杂Mg和过渡金属层掺杂Y的共掺杂方式，提高了高镍三元正极材料的结构稳定性，降低水洗对材料表面结构的破坏。

技术领域

本发明属于三元正极材料技术领域，涉及一种高镍三元正极材料、其制备方法及锂离子电池。

背景技术

正极材料是锂电池中最为关键的原材料。在锂离子电池产品组成成分中，正极材料占据着最重要的地位，正极材料的好坏，直接决定了最终锂离子电池产品的性能指标，而正极材料在电池成本中所占比例高达40％左右，因此它决定了电池的安全性能，其成本也直接决定电池成本的高低。应该说是锂离子电池正极材料的发展引领了锂离子电池的发展。

目前正在使用和开发的锂电池正极材料中，以过渡金属氧化物所表现出的性能最佳，主要有：层状盐结构的钴酸锂、镍钴酸锂、镍锰酸锂和镍锰钴酸锂三元材料，尖晶石型的锰酸锂，橄榄石型的磷酸铁锂等锂锰氧化物。中国目前正极材料主要包括钴酸锂、三元材料、锰酸锂和磷酸铁锂。基于下游应用市场的驱动，锂电池正极材料经历了三个发展阶段。第一阶段受消费电池驱动，正极材料以钴酸锂为代表；第二阶段，随着新能源汽车市场放量，磷酸铁锂快速增长；第三阶段，受新能源乘用车对长里程需求与国家政策的推动，三元材料已成为市场需求主导。

行业主流的三元材料包括333、523、622和811等。三元正极材料主要是通过提高镍含量、充电电压上限和压实密度使其能量密度不断提升，高镍正极通常指镍相对含量在0.6(含)以上的材料型号。根据各元素在三元正极材料中所起到的作用可以看出，镍含量越高，三元正极材料的比容量就越高。因此，目前三元正极材料的研究方向逐渐往高镍方向靠拢，一些正在研究中的高镍三元正极材料其镍含量甚至已经突破了90％。目前，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，且依照目前的发展趋势，高镍三元正极材料中的镍含量会越来越高，虽然其比容量得到了明显提升，但是由于镍离子的高氧化性，也导致了其循环稳定性和安全性显著下降。目前主要通过对高镍三元正极材料进行掺杂及表面改性来提高其晶体结构稳定性和表面结构稳定性，进而提高锂离子电池的安全性和循环寿命。

高镍三元材料合成的工艺步骤：①镍钴锰氢氧化物、单水氢氧化锂和添加剂按一定比例均匀混合；②混合物料装入匣钵，在氧气气氛下高温煅烧；③高温煅烧物料经粉碎筛分后水洗，压滤真空干燥；④将干燥物料与包覆剂混合均匀后放入匣钵，在氧气气氛下煅烧；④将高温煅烧后物料进行破碎过筛，得到成品高镍正极材料。

目前高镍三元正极材料虽然比容量较高，由于镍离子的高氧化性，导致其存在循环稳定性和热稳定性均较差，故电芯使用寿命较短且存在很大的安全风险，故不能满足动力电池需求。

CN109768254A公开了一种改性的低残碱型高镍三元正极材料，所述改性的低残碱型高镍三元正极材料是将高镍三元正极材料及磷酸氢盐均匀分散于溶剂，然后对所得混合溶液进行烘干，再对烘干所得产物进行烧结，以使高镍三元正极材料表面的残碱与磷酸氢盐反应生成磷酸盐而得到的。

CN108232147A公开了一种表面包覆钇酸锂的锂离子电池高镍三元正极材料及其制备方法，制备方法包括：将镍源、锰源、钴源溶于去离子水中配制成溶液A；将沉淀剂溶于去离子水中配制成溶液B；将溶液A和溶液B加到反应装置中进行共沉淀反应，陈化、过滤、洗涤、干燥得镍钴锰前驱体；将锂源和钇源溶于去离子水中，加入镍钴锰前驱体中，搅拌，蒸发至凝胶状，干燥得混合物；将混合物进行一次煅烧，研磨均匀后进行二次煅烧，降温、研磨、过筛。