[发明专利]一种高镍三元正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种高镍三元正极材料，成分通式为：Li_zNi_xCo_yA_1‑x‑yO₂式I；式I中，x为0.6～1，y为0～0.4，z为0.9～1.1；A选自Mn、Al、Ta、Ti、Nb、Ge、Y、Nb、W、Zr、B、Ce、Ca、Sr中的至少一种；所述高镍三元正极材料的平均颗粒强度≥150MPa。本发明提供的高镍三元正极材料的制备方法经过弱化水洗等操作后，使表面的残碱洗去的同时保证内部的锂减少脱出，对于三元材料晶体结构破坏小，得到的晶体结构完整，颗粒耐压性能较优兼备化学稳定性、热稳定性良好，使得正极材料的循环、DCR和产气性能得到明显的改善。本发明还提供了一种高镍三元正极材料的制备方法和应用。

技术领域

本发明属于正极材料技术领域，尤其涉及一种高镍三元正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

当前，钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂和镍钴锰酸锂三元正极材料是市场化程度最高的几类材料。其中镍钴锰酸锂三元正极材料具有较高的比容量、循环稳定性、热稳定性和较低的价格，在消费电子产品和动力电池领域均取得了良好的应用。镍钴锰酸锂三元正极材料根据镍、钴、锰含量的比例又分为111、523、622和811等不同类型，目前通一般通过提升三元材料镍元素的含量或者提高电压平台来提升三元材料的比容量，当材料中镍含量比例大于6时，一般称为高镍三元正极材料。在三元材料体系中，随着镍含量的提高，镍的平均价态从+2逐渐提高到了+3。但是，Ni³⁺离子在空气中不太稳定，很容易自发还原为Ni²⁺，同时伴随着锂的析出，在颗粒表层生成LiOH和Li₂CO₃等碱性物质。

对高镍材料进行水洗去除LiOH和Li₂CO₃等碱性物质是改善高镍三元正极材料性能的一种常用技术，通过水洗可以减少材料表面的残碱量，但是往往会对正极材料的主体晶体结构造成破坏，从而降低理论容量和循环性能。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种高镍三元正极材料及其制备方法和应用，本发明提供的高镍正极材料通过弱化水洗来改善晶体结构，具有较好的颗粒强度。

本发明提供了一种高镍三元正极材料，成分通式为：

Li_zNi_xCo_yA_1-x-yO₂ 式I；

式I中，x为0.6～1，y为0～0.4，z为0.9～1.1；

A选自Mn、Al、Ta、Ti、Nb、Ge、Y、Nb、W、Zr、B、Ce、Ca、Sr中的至少一种；

所述高镍正极三元材料的平均颗粒强度≥150MPa。

优选的，所述高镍三元正极材料制备的电池的首次放电容量≥180mAh/g，首效≥83％，300次45℃循环容量保持率≥85％。

优选的，所述高镍三元正极材料制备的电池的7天70℃产气≤20％。

本发明提供了一种上述技术方案所述的高镍三元正极材料的制备方法，包括：

将高镍三元前驱体、锂源和添加剂进行混合后进行第一次烧结，得到烧结产物；

将所述烧结产物进行水洗，得到水洗产物；

将所述水洗产物进行干燥、第二次烧结，得到高镍三元正极材料；

所述水洗过程中的水溶液的pH值≥9。

优选的，所述高镍三元前驱体的成分式为式II或式III：