[发明专利]一种复合包覆改性的高镍NCA正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种复合包覆改性的高镍NCA正极材料及其制备方法，所述NCA正极材料以三元材料为基体，在基体的表面包裹有由LiCoO₂与Co₂O₃组成的复合包覆改性层。制备方法为：将镍盐溶液、钴盐溶液、氢氧化钠溶液及氨水溶液发生共沉淀反应得到镍钴氢氧化物前驱体；将得到的镍钴氢氧化物前驱体与锂源、M源混合均匀，然后在氧气气氛中烧结，后冷却至室温，粉碎过筛后得到一烧基体；将得到的一烧基体与去离子水混合后，加入钴源，并调节pH值，然后过滤、干燥，再置于氧气气氛中反复升温降温的烧结，烧结后冷却过筛后得到复合包覆改性的高镍NCA正极材料。所得的NCA正极材料容量高、循环性能好。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，尤其涉及一种复合包覆改性的高镍NCA正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池由于具有能量密度高、放电电压较为稳定、无记忆效应、工作温度范围宽、无污染、循环寿命长、安全性能好等诸多优点，自问世以来，即被应用于各种耗电设备中。近年来锂离子电池在电动汽车、电动自行车等电动工具上也被广泛应用，但随着电动工具的升级换代，对锂离子电池容量、使用寿命及安全性能也提出了更高的要求。因而目前锂离子电池的研发主要分为两个方向：一是逐步提高锂离子电池的能量密度，二是在满足电池能量密度的同时，提高锂离子电池的使用寿命和安全性能。锂离子电池体系中，正极材料的容量和循环性能很大程度上限制了全电池的能量密度与使用寿命。相较传统钴酸锂正极材料和磷酸铁锂正极材料，高镍三元NCA正极材料具有高理论容量、低成本以及高电压等潜在优势，是目前锂离子电池正极材料领域的研究热点，有非常广的市场潜力。

为了改善高镍三元NCA正极材料的容量、循环以及安全性能，常用的改性手段包括利用各种金属元素或非金属元素进行掺杂和包覆。公开号为CN106532038A的中国专利，公开了一种镍钴铝酸锂正极材料的制备方法，其通过在烧结工艺中加入自铝、镁、钡、锆等金属元素，提高了循环性能和高温存储性能，但是其容量偏低。上述专利中所列举的几种包覆元素，虽然实现产业化已有较长时间，但是各大正极材料厂商在此基础上进行研发，包括调控锂配比、包覆量、烧结温度、其他工艺参数以及引入新工艺，均难以突破容量偏低的桎梏。

由此，为了提高NCA正极材料的容量，有研究者想到利用同为正极材料的钴酸锂作为包覆物质。如公告号为CN 107946578 B的中国专利，公开了一种钴酸锂包覆的镍钴铝酸锂正极材料及其制备方法，该方法成功地提高了正极材料的容量，但是其循环性能却无法满足现有应用标准。Li⁺在锂离子电池的充放电过程中会从正极材料中脱出和嵌入，而进一步研究发现作为包覆层的LiCoO₂的Li⁺也会参与此过程，看似钴酸锂作为包覆层其本身化学性质较为稳定，理应在提高容量的同时还能改善循环。但是，实际上当包裹层中的LiCoO₂中的锂离子脱出大于50％时，O^2-可能被还原，进而导致晶格中氧损失，循环性能衰减，安全性能下降。即包覆层中的钴酸锂在变成缺锂态后，其晶格结构也将发生逐渐发生变化，使其包覆层不再稳定，从而难以阻止正极材料和电解液之间发生的副反应。因此，如何研发一种容量高、循环性能好的NCA正极材料成为当今社会亟待解决的问题。

发明内容

本发明正是基于现有技术的技术缺陷，提供了一种复合包覆改性的的NCA正极材料及其制备方法，以解决NCA正极材料容量低、循环性能差的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种复合包覆改性的高镍NCA正极材料，所述NCA正极材料以三元材料为基体，在基体的表面包裹有复合包覆改性层；