[发明专利]包覆型镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明公开了一种包覆型镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法和锂离子电池，该制备方法包括以下步骤：取镍钴锰酸锂材料与氨‑氯化氨缓冲溶液混合，然后缓慢加入偏铝酸钠溶液搅拌反应，制得前驱体材料；洗涤前驱体材料，后置于110℃～130℃干燥，然后置于氧气氛围中烧结，烧结的温度为300℃～500℃。本发明通过使用偏铝酸钠作为包覆源并使用氨‑氯化氨缓冲溶液调节pH值，能够使得Al(OH)₃沉淀均匀析出，包覆层沉积在颗粒表面，最终通过烧结形成一次颗粒为纳米片状结构的正极材料，利用纳米片层结构为锂离子的传输提供更短的离子通道，减缓快速充电过程中的锂沉积问题和颗粒破碎问题，进而提升锂电池的性能。

技术领域

本发明涉及电池正极材料技术领域，尤其是涉及一种包覆型镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

镍钴锰酸锂三元材料在充放电循环的过程中正极材料表面与电解液会发生不可逆反应，在正极活性颗粒表面发生氟化物的腐蚀和过渡金属离子的溶解，造成材料结构塌陷，循环性能恶化。为了提高电池的循环性能和倍率性能，一般采用表面包覆的方法机械隔离活性物质与电解液，稳定材料结构。

目前的制备方法中，多采用湿法或干法在正极材料颗粒表面均匀的包覆一层Al₂O₃包覆层，现有技术中有采用喷雾干燥的方法制备Al₂O₃包覆的镍钴锰酸锂正极材料，但是该方法中引入的杂质离子会导致循环性能下降。此外，现有的经包覆Al₂O₃形成的正极材料通常为球形的颗粒结构，而高能量密度电池的快速充电受到电极导电性以及离子传输性能的限制，球形的颗粒在快速充放电过程中容易发生颗粒开裂、结构破坏导致循环性能下降。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种包覆型镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法和锂离子电池，利用该制备方法制得的包覆型镍钴锰酸锂正极材料的一次颗粒形貌呈纳米片状结构，纳米片层结构的正极材料能够提供更短的离子通道，从而减缓快速充电过程中的锂沉积问题，进而提升锂电池的性能。

本发明的第一方面，提出了一种包覆型镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

取镍钴锰酸锂材料与氨-氯化氨缓冲溶液混合，然后缓慢加入偏铝酸钠溶液搅拌反应，制得前驱体材料；

洗涤所述前驱体材料，后置于110℃～130℃干燥，然后置于氧气氛围中烧结，所述烧结的温度为300℃～500℃。

根据本发明实施例的包覆型镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，至少具有如下有益效果：

本发明提供一种包覆型镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，使用偏铝酸钠作为包覆源并使用氨-氯化氨缓冲溶液调节pH值，能够使得Al(OH)₃沉淀均匀析出，包覆层沉积在颗粒表面，此外偏铝酸钠在缓冲液中水解的同时，溶液与镍钴锰酸锂球形颗粒发生定向反应，烧结过程中通入氧气为过渡金属离子的氧化提供氧化性氛围，最终烧结形成纳米片状结构团聚形成二次球形颗粒的正极材料，利用纳米片层结构为锂离子的传输提供更短的离子通道，减缓快速充电过程中的锂沉积问题和颗粒破碎问题，同时在颗粒表面包覆一层氧化铝减少正极材料与电解液的副反应，稳定材料结构。利用本发明的方法获得的包覆层均匀、连续、可控，并且可去除正极材料表面残碱，降低pH，具有较大的应用前景。

在本发明的一些实施方式中，所述氨-氯化氨缓冲溶液的pH值为7.0～9.0。

在本发明的一些实施方式中，所述偏铝酸钠溶液的浓度为0.5-2mol·L^-1。

在本发明的一些实施方式中，在烧结过程中通入氧气形成氧气氛围，通入所述氧气的流量为0.5-2.0L/min。