[发明专利]一种钴纳米涂层改性的富镍低钴单晶多元正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钴纳米涂层改性的富镍低钴单晶多元正极材料，包括富镍低钴单晶多元正极材料内核和包覆于富镍低钴单晶多元正极材料内核表面的钴纳米涂层；其中，钴纳米涂层改性的富镍低钴单晶多元正极材料的化学通式为Li_xNi_aCo_bMn_cM_{1‑a‑b‑c}O₂·yLCO；钴纳米涂层由钴源和沉淀剂反应得到；以Co计，钴源的质量为富镍低钴单晶多元正极材料内核的0.3％‑6.0％。制备方法：(1)称取各原料；(2)烧结；(3)钴包覆；(4)热处理。本发明通过在富镍低钴单晶多元正极材料表面包覆钴纳米涂层，提高富镍低钴单晶多元正极材料电子电导，降低电池的内阻，抑制多次充放电过程中材料的相变，提升了正极材料的循环性能。

技术领域

本发明涉及锂电池材料技术领域，更具体的说是涉及一种钴纳米涂层改性的富镍低钴单晶多元正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池的主要构成材料包括电解液、隔离材料和正负极材料等。其中，正极材料占有较大比例(正负极材料的质量比为3-4:1)，因为正极材料的性能直接影响着锂离子电池的性能，其成本也直接决定了锂离子电池成本高低。

随着消费者对能量密度及成本要求的提升，正极材料体系的迭代将不会停歇。在现有高镍三元8系大力发展的基础上，材料厂和电池厂需迫切开发更高镍9系NCMA和无钴镍锰材料等。

然而，由于高镍材料自身结构的不稳定，循环性能的提升一直是行业内要解决的关键问题。

因此，研究高容量、长循环稳定性好的高镍单晶三元正极材料在锂离子电池中的实际应用具有十分重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钴纳米涂层改性的富镍低钴单晶多元正极材料及其制备方法，该正极材料以0.2-15μm单个晶体颗粒为主，数量占比≥70％，颗粒大小适中，电子电导率高，由该正极材料制备得到的锂离子电池具有高容量、低内阻和长循环性能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种钴纳米涂层改性的富镍低钴单晶多元正极材料，包括正极材料内核和包覆于正极材料内核表面的钴纳米涂层；富镍低钴单晶多元正极材料内核的化学通式为Li_xNi_aCo_bMn_cM_1-a-b-cO₂，钴纳米涂层改性的富镍低钴单晶多元正极材料的化学通式为Li_xNi_aCo_bMn_cM_1-a-b-cO₂·yLCO，其中，M为除Ni、Co、Mn以外的掺杂元素，LCO为钴酸锂，化学式为LiCoO₂，1.0＜x≤1.2，0.5≤a1，0b≤0.2，0c≤0.3，a+b+c1，0.005＜y≤0.1；纳米涂层由钴源和沉淀剂反应得到；以Co计，钴源的质量为富镍低钴单晶多元正极材料内核质量的0.3％-6.0％。

本发明的有益效果在于，通过对富镍低钴单晶多元正极材料进行掺杂和钴包覆改性来稳定材料结构，降低电池的内阻，提高材料电子电导，抑制多次充放电过程中材料的相变，从而提供了一种高容量和长循环稳定的富镍低钴单晶多元正极材料。

进一步，上述富镍低钴单晶多元正极材料内核以0.2-15μm单个晶体颗粒为主，数量占比≥70％。

进一步，上述掺杂元素为Zr、Al、Ti、Mg、La、Y、V、Ba、Sr、W、Ce和Nb元素中的一种或多种；优选为Zr、Ti、Mg和Al元素中的一种或多种。

采用上述进一步技术方案的有益效果在于，本发明所选掺杂元素能够减少锂镍混排，稳定材料结构，提升正极材料的循环性能。