[发明专利]一种锂离子电池三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种锂离子电池三元正极材料的制备方法，通过先制备三元正极材料前驱体Na_xNi_aM_bM’_1‑a‑bO₂，然后通过和锂源溶液于一定温度和压力下进行液相离子交换，制备得到钠离子掺杂的锂离子电池三元正极材料。本发明的制备方法可对正极材料合成过程中的锂镍混排现象进行源头调控，合成Li/Ni混排低、材料形貌为一次颗粒紧密团聚成球形的二次颗粒，一次粒子为均匀且密集分布的小薄块片状，且表面附着少许的更小粒子的层状结构材料，有效稳定了材料层状结构，提高了循环性能，同时本方法反应条件温和，物相均一、粒径小且分布均匀、分散性好，过程简单且能耗低，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种锂离子电池三元正极材料及其制备方法。

背景技术

由于能源危机和环境污染日益加剧，开发高能量密度的锂离子电池（LIB）已成为人们关注的焦点。随着全球LIB的快速发展，这促使人们寻求低成本和高容量的正极材料，以普及采用LIB作为动力源的EV/HEV。近十年，新能源汽车数量急剧增加，从1.7万辆增加到720万辆。目前商用化的锂离子电池能量密度难以满足人们日益增长的需求，成为制约新能源汽车进一步推广的障碍。正极材料是决定电池能量密度的关键，开发具有更高能量密度的正极材料，是目前主要的突破方向。当前在一些相对成熟的正极材料中，只有具有较高镍含量（ 80％）的层状高镍NCA或NCM才能在相对较高的工作电压（ 3.8 V）下提供200 mAhg^-1以上的可逆容量。因此，高镍层状正极材料将是以后在电池水平上超过300 Wh kg^-1的高比能的最有效的候选者之一。但三元材料的晶体结构不稳定性，导致了许多问题，如材料合成困难、首次充放电效率低、循环容量衰减快、倍率性能不高、安全性能较差等。这一缺陷极大地阻碍了高镍三元材料的推广应用。为了改善高镍三元材料的缺陷，大多采用精细的热处理、富氧烧结和异质原子掺杂，而在高镍三元材料的合成过程中，固有的锂镍混排难以控制，在现有的合成方法中，都不可避免的出现一定的锂镍混排现象。因此要寻找到一种优异的合成方法，是本领域技术人员面临的一个重要难题。

CN110862109A公开了一种水热辅助共沉淀策略制备锂离子电池三元正极材料的方法，首先通过氢氧化物共沉淀法制备Ni_1-x-yCo_xMn_y(OH)₂前驱体，x+y1；然后对前驱体进行水热结晶处理，最后再经混锂焙烧，即获得锂离子电池三元正极材料LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂，x+y1。该发明制备方法流程复杂，后续流程依旧摆脱不了传统的高温固相烧结，对其形貌难以控制，其倍率性能不佳。所涉及到的设备复杂，能耗高，工艺复杂。不适合大规模生产。

CN108963228A公开了一种在金属有机骨架材料ZIF-8上制备锂离子电池三元正极材料的方法及产品，先合成ZIF-8，随后通过超声的手段使得制备三元材料的盐溶液能尽最大可能地流入到骨架材料的孔隙中，再在高温的烘箱中将盐溶液中的水分蒸干，留下Li、Ni、Co、Mn这四种离子的盐，最后经过高温烧结反应后生成三元正极材料。该发明方法十分复杂不好控制，且制备过程极易引入其他杂质。骨架材料的引入，会导致材料的放电比容量减低。

CN102255083A公开了一种动力型锂离子电池用层状锰基复合材料及其制备方法，以锂源、锰源、镍源、钴源为原料，钠盐为媒介，进行锂钠离子交换制备锰基复合材料。但是该方法的钠盐前驱体需破碎，耗时耗力。后续离子交换过程中使用的锂源单一，仅为溴化锂，且需溶解在正己醇溶液中，有机溶剂的引入不仅增加成本，且对材料的合成控制增加难度。该方法使用的离子交换法为加热回流法，设备要求较高，操作过程复杂，因此对于后续的方法应用推广具有一定的局限性。

发明内容