[发明专利]包覆改性高镍三元正极材料及其制备方法

说明书

一种包覆改性高镍三元正极材料及其制备方法，其是以LiNi_xCo_(1‑x)/2Mn_(1‑x)/2O₂材料为基体，其中0.6≤x≤0.9；基体外包覆有一包覆层，包覆层中含有多种纳米金属盐和/或纳米金属氧化物；其中的阳离子金属总质量占三元正极材料质量的0.01％～10％。本发明的制备方法包括：先将可溶性铝盐溶于去离子水得铝盐溶液；再将LiNi_xCo_(1‑x)/2Mn_(1‑x)/2O₂材料加入到铝盐溶液中混匀得浆料；再将碱性金属化合物配成的碱性溶液加入到浆料中使pH值≥7.0；再经干燥、烧结，自然冷却、粉碎及过筛后得到包覆改性高镍三元正极材料。本发明的产品降低了高镍材料碱度，且加工性能好，循环性能及安全性能优异。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，尤其是涉及一种高镍三元正极材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着3C消费电子领域、动力工具及电动汽车等新兴需求市场的飞速发展，人们对锂离子电池提出了更高要求，要求电池具有高容量、长续航能力，且电池安全可靠。因此，开发出性能稳定的更高能量密度的锂离子电池势在必行。LiNi_xCo_(1-x)/2Mn_(1-x)/2O₂(0.6≤x≤0.9)高镍三元材料拥有比钴酸锂材料更高的放电比容量，且具有原材料成本相对钴酸锂更低廉的特点。应用在常规电池中，可以在不增加电池正负极活性物质的条件下，显著提高电池容量，是开发低成本高能量密度锂离子电池最佳的正极材料之一。但是，由于LiNi_xCo_(1-x)/2Mn_(1-x)/2O₂(0.6≤x≤0.9)高镍三元材料的反应活性较低，所合成的材料残余锂偏高，从而导致物料的碱度偏高，影响了高镍三元材料的极片加工性能。另外，高镍三元材料的残余锂与电解液发生副反应，从而导致正极材料晶体结构的塌陷，造成锂离子电池循环性能差，甚至在高温条件下容易出现鼓胀、爆炸、起火等不安全的问题。这些问题极大的限制了高镍三元材料在锂离子电池中的实际应用。

为了解决上述问题，国内外研究者主要通过掺杂和包覆的方法对高镍三元材料进行改进。如CN104638227A号中国专利文献公开了一种锂离子电池正极材料的改性方法，该方法是以低熔点的铝盐或锆盐为碱处理剂，将碱处理剂与高pH值的锂离子电池正极材料混合均匀后，采用两段烧结工艺，得到最终产品。该方法有效的降低了残余锂和pH值，但由于是物理混合，很难保证包覆层的均匀包覆，且经过了两次烧结，也提高了烧结的成本。

CN103500827A号中国专利文献公开了一种锂离子电池及其多元正极材料、制备方法，该方法首先合成一种体相中含有镍、钴、锰三种元素的多元前驱体，再经过前驱体液相表面掺杂Ti和锂化处理，最后进行表面火法掺杂Mg和包覆Al₂O₃处理，制得了复合改性的多元锂离子正极材料。该制备方法能有效提高材料的高温性能，但此方法经过了两次液相包覆、三次煅烧，烧结工艺相对复杂。此外，现有技术还有其他工艺方法主要选取金属氧化物包覆三元材料，此种方法对增强材料的稳定性效果较好，但由于采用高分子聚丙烯酰胺等作为分散剂且有过滤工序，增加了工艺过程控制的难度，成本较高。

因此，有必要开发出一种工艺简单、成本低廉和包覆效果理想的新方法对高镍三元正极材料进行改性，从而进一步提升材料性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种降低高镍材料碱度、加工性能好、循环性能及安全性能优异的包覆改性高镍三元正极材料。