[发明专利]高电压镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法、正极、电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种高电压镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法，还涉及用该正极材料制成的正极和电池。

背景技术

新能源汽车在国家《十二五规划的建议》中被列为七大战略性新兴产业之一。锂离子电池和镍氢电池是新能源汽车的直接能量来源，其水平决定了新能源汽车的发展水平。但由于新能源汽车所需大功率动力电池的迫切需要，以及锂离子动力电池目前存在循环性能差和安全性不足等瓶颈问题，锂离子动力电池关键材料正面临着新的挑战。目前锂离子电池正极材料主要有钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、磷酸亚铁锂和镍钴锰酸锂三元材料，但是钴酸锂较差的热稳定性、镍酸锂较差的结构稳定性和锰酸锂较差的循环稳定性，导致三者不适合作为动力型锂离子电池正极材料。磷酸亚铁锂具有成本低、循环寿命长、结构稳定性高等优点，但是受限于高倍率充放电性能和低温性能较差。镍钴锰酸锂三元材料综合了钴酸锂循环性能好、镍酸锂比容量高和锰酸锂安全可靠的特点，其综合性能优于任一单组合化学物，存在明显的协同效应，近年来备受重视。在高电压电池和动力电池领域，目前镍钴锰酸锂三元材料存在的问题主要是高温产气，还有存储性能、循环性能和高温性能较差。因此需要一种能够解决这些问题的镍钴锰酸锂材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种在高电压下具有优异电化学性能的单晶镍钴锰酸锂正极材料。

本发明的另一目的是提供该正极材料的制备方法。

本发明的另一目的是提供一种电池的正极。

本发明的另一目的是提供一种电池。

为达到上述目的之一，本发明采用以下技术方案：

一种高电压高温单晶镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，具体是：将镍钴锰前驱体、锂源和纳米金属添加剂球磨混合；所得混合物在600～1200℃烧结8～30h，冷却至室温后破碎、过筛，得到镍钴锰酸锂正极材料。

进一步地，所述镍钴锰前驱体为镍钴锰氢氧化物或镍钴锰氧化物。

进一步地，所述镍钴锰前驱体的平均粒径为1～10μm，比表面积＞15m²/g。

进一步地，所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂和氟化锂中的至少一种，所述锂源的加入量占镍钴锰前驱体质量的40～50％。

进一步地，所述纳米金属添加剂为含有元素M的纳米化合物，所述元素M为Ti、Mg、Al、Zr、B、Sn、Sb元素的一种或多种。

进一步地，所述纳米金属添加剂为纳米二氧化钛、纳米氧化镁、纳米氢氧化镁、纳米氧化铝、纳米异丙醇铝、纳米氢氧化铝、纳米二氧化锆、纳米三氧化二硼、纳米二氧化锡、纳米锡酸钠、纳米氯化锡和纳米三氧化二锑中的至少一种。

进一步地，所述纳米金属添加剂的总加入量占镍钴锰前驱体质量的0.5～3％。

一种镍钴锰酸锂正极材料，是由前面所述的制备方法制备而成。

进一步地，所述镍钴锰酸锂正极材料由平均尺寸为2～10μm的单晶组成，所述镍钴锰酸锂正极材料的比表面积≤0.8m²/g。

进一步地，所述单晶镍钴锰酸锂正极材料的分子式为LiNi_xCo_yMn_zM_1-x-y-zO₂，其中，M为Ti、Mg、Al、Zr、B、Sn、Sb元素中的一种或多种，x、y、z的取值同时满足以下条件：0≤x≤1，0≤y≤0.5，0≤z≤0.5，0≤x+y+z≤1。

一种电池的正极，包括前面所述的镍钴锰酸锂正极材料。

一种电池，包括正极、负极、隔膜和电解质，所述正极包括前面所述的镍钴锰酸锂正极材料。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明在混料时往镍钴锰前驱体中加入纳米尺寸的金属添加剂，很好地解决了掺杂不均匀的问题，镍钴锰酸锂正极材料颗粒尺寸小且均一，提高了正极材料的结构稳定性和完整性，适用于4.35V以上的高电压锂离子电池，锂离子电池的循环性能和高温存储性能(容量损失低于10％)得到很大改善，能广泛用于CE和EV市场；

(2)本发明制备的镍钴锰酸锂正极材料为单晶形貌，能够有效改善三元材料的高温产气问题，同时提高电池极片的压实密度，使得材料的能量密度得到极大提升；

(3)本发明的制备工艺简单，工艺条件可控性好，重复性好，便于大规模生产。

附图说明

图1是实施例1正极材料的SEM图；

图2是实施例2正极材料的SEM图；

图3是实施例3正极材料的SEM图；