[发明专利]改性锂镍钴锰正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种改性锂镍钴锰正极材料及其制备方法。所述改性锂镍钴锰正极材料的通式为Li_aNi_xCo_yMn_zM_γO_2‑δR_δ。其中，1.03≤a≤1.23，0<x≤0.9，0<y≤1，0<z≤1，x+y+z＝1，0<γ≤0.075，0<δ≤0.05，掺杂元素M选自Ni、Co、Mn、Sn、Mg、Ca、Ti、Zr、V、Nb、Mo、W、Al、B中的一种或几种，掺杂元素R选自N、P、S、Si、Se中的一种或几种，掺杂元素M和掺杂元素R均位于晶界处。在本发明中，对常规锂镍钴锰正极材料进行晶界掺杂，得到的改性锂镍钴锰正极材料在强电流的反复充放电过程中仍具有十分稳定的结构。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种改性锂镍钴锰正极材料及其制备方法。

背景技术

与其它传统二次电池相比，锂离子电池具有体积小、电压高、能量密度高等诸多优点，已经在手机、笔记本等消费电子领域取得了一系列长足进步。随着新能源事业的蓬勃发展，越来越多的研究人员正积极的开发高功率密度、高循环稳定性、高安全性的锂离子电池，以期其作为电动车的动力电池。

在锂离子电池使用的众多正极材料中，层状结构的锂镍钴锰(NCM)正极材料由于具有放电容量高、安全性能好、结构稳定、成本低的特点被认为是作为未来动力锂离子电池正极材料的最佳选择之一。然而，相比于锂钴氧、锂锰氧正极材料而言，锂镍钴锰正极材料的倍率性能不佳。

为了改善其倍率性能，现阶段大部分的研究集中在减小颗粒尺寸、进行体相掺杂或表面修饰上。研究人员发现，通过适量的Zr掺杂可以提高锂镍钴锰正极材料中锂离子的扩散系数，进而改善其循环保持率及倍率性能(参见文献Improvement ofelectrochemical properties of layered LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂positive electrodematerial by zirconium doping,Solid State Ionics,Volume 189,Issue 1,6May 2011,Pages 69-73)。2007年9月14日申请的中国专利CN200710035746公开了一种在LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂表面包覆一层多孔AlF₃薄膜的方法，这层多孔薄膜可以抑制电解液同正极材料间的副反应，进而改善其在高倍率下的电化学性能。Gao Po等人采用溶胶-凝胶方法合成了结晶良好、纳米级单分散的LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂颗粒，在大电流放电时可发挥较高容量和循环保持率(参见文献Po Gao,Gang Yang,Haidong Liu,Lu Wang,Haishan Zhou,Lithiumdiffusion behavior and improved high rate capacity of LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ascathode material for lithium batteries,Solid State Ionics 207(2012),50-56)。

然而在实际应用中，小粒径的NCM材料比表面积大、与电解液接触面积大，因此动力学性能优异，但同时副反应快、存储性能差，若采用上述体相掺杂或表面包覆方法，会损失放电容量或功率性能。因此，如何兼顾功率性能和存储性能一直是锂镍钴锰正极材料在大倍率或高功率锂离子电池中应用的难题。

发明内容