[发明专利]一种高镍正极材料、其制备方法及其应用

说明书

一种高镍正极材料，其制备方法、应用。所述高镍正极材料，其为粒子状，并且由如下式表示：Li_aNi_xCo_yAl_zM_bN_cO_2+d，其中0.9＜a＜1.2，0.6≤x＜1，0＜y≤0.2，0＜z≤0.2，0≤b＜0.1，0＜c＜0.1，0＜d＜0.1；M为选自元素Mn、Ti、Zr、Sr、Y、Mg，N为选自元素Al、Co、B、W、Si、Ce，N元素含量c与所述高镍正极材料比表面积(m²/g)的数值比值须控制在1:500～1:100之间，所述正极材料具有优异的循环稳定性和材料放电比容量。

技术领域

本发明涉及锂离子电池的正极材料制备领域，具体涉及一种高镍正极材料、其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池作为新一代高比能可充电电池，以其高的放电比容量、良好的循环稳定性、低的自放电率、较高的安全性能等优点，自商业化以来广泛应用于生产和生活的各个领域。目前，锂离子电池在电动汽车中也具有很好的应用前景。对于动力电池正极材料，主要以锰酸锂、磷酸铁锂和镍钴锰酸锂三元材料体系为主。正极材料是锂离子电池的关键组成材料，是锂离子电池中成本占比最大的部分。目前得到商业化应用的锂电正极材料主要有LiCoO₂、LiNiO₂、LiMnO₂、LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂、LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂、LiNi_0.8Co_0.2O₂、尖晶石结构的LiMn₂O₄、LiNi_0.5Mn_1.5O₄、橄榄石结构的LiFePO₄等。LiCoO₂作为最广泛应用的正极材料之一，市场份额曾经高达70％以上，然而钴是一种稀缺的资源，因原料供应、成本价格等因素，钴酸锂的应用面临越来越严峻的挑战，开发和应用高性能的替代材料已成为业内的共识。

三元材料LiNi_xCo_yAl_1-x-yO₂或LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂以其具有容量高，循环优良，价格便宜等优点，在现有正极材料中被广泛应用。随着三元材料中的镍元素含量增加，放电比容量也会逐渐增加，因此，开发制备高镍材料(Ni含量≥60％)的制备方法尤为重要。高镍材料合成条件苛刻，需要高温纯氧环境，但合成时Ni³⁺转化为Ni²⁺的反应仍无法不可避免，由于Ni²⁺与Li⁺半径相近，部分Ni²⁺会分布在Li层，产生锂离子混排现象；另外由于高镍材料中镍元素大多为Ni³⁺形式存在，造成晶体结构不稳定；同时合成出来的产品表面残碱也明显较高，因此高镍材料通常需要进过水洗工艺降低表面残碱，但水洗工艺又不可避免的破坏材料表面的晶体结构，影响材料的循环稳定性及倍率性能。因此开发高镍材料合适的掺杂、水洗、包覆工艺对稳定高镍材料表层晶体稳定性是很有必要的。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种高镍正极材料、其制备方法、应用，该材料经过精确调控掺杂包覆元素的分布和材料表层与内部的晶体结构，可以达到稳定高镍材料电化学性能的作用。