[发明专利]一种改性镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种改性镍钴锰酸锂正极材料的制备方法及由该方法制得的正极材料，其中，所述方法包括以下步骤：1、将镍钴锰三元前驱体、锂源和钇源混合，然后依次进行一次烧结、粉碎和过筛，得到基体材料；2、将磷酸加入溶剂中，形成磷酸的醇溶液；3、将步骤1得到的基体材料加入步骤2制得的磷酸溶液中，搅拌，然后依次进行加热蒸干、过筛和二次烧结，得到改性镍钴锰酸锂正极材料。其中，所述钇源选自三氧化二钇、硝酸钇和氯化钇的一种或多种。由所述方法制得的改性镍钴锰酸锂正极材料以式Li[Ni_xCo_(1‑x)/2Mn_(1‑x)/2]_1‑yY_yO₂表示，其中，0.6≤x＜1，0.01≤y≤0.1。本发明所述方法简单易行，得到的正极材料具有高的电化学性能和结构稳定性，并且具有较低的表面残碱量。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，尤其涉及镍钴锰酸锂正极材料，具体地，涉及一种改性镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、循环性能好、自放电率低、环境友好等特点，已经在3C数码、储能电站、电动汽车等领域得到广泛应用。锂离子电池的性能主要由其正极材料决定。随着近年来动力汽车的快速发展，市场对正极材料的比容量、倍率性能、循环性能和安全性能等方面的要求也越来越高。

目前市场上镍钴锰酸锂三元正极材料是应用的较为广泛的锂离子电池正极材料，其综合了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂三种材料的优点，由于Ni、Co和Mn之间存在明显的协同效应，因此其性能优于单一组分层状正极材料。通过调节三种元素的相对含量，可以获得满足不同要求的材料。一般来说，随着镍含量的增加，三元材料的比容量会相应增大，但同时也使得高电位下Ni⁴⁺易与电解液发生副反应，造成电池循环性能衰减。同时，材料的碱性杂质含量会较高，导致存储性能差。目前低镍含量的三元材料如LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂(111)、LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂(523)等的制备技术已经较为成熟，而更高镍含量的如LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(811)等，虽然材料比容量更高，但由于其烧结时需用氧气气氛，对窑炉等设备的要求很高，因此成本相对较高不利于大规模工业化生产。而LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂(622)材料是一种中高镍系的三元正极材料，其在烧结时不需要氧气气氛，因而相对于低镍系和高镍系的三元材料，其在比容量、合成工艺以及成本控制上具有综合的比较优势，是一种非常有应用前景的正极材料。

目前国内外有文献和专利报道了通过采用ZrO₂、Al₂O₃、TiO₂等氧化物包覆来改善高镍材料的循环性能和安全性能，虽然包覆后材料的性能有所改善，但由于这些氧化物多是非活性物质，包覆后正极材料的比容量和放电电压平台会有所降低。现有技术还不能有效解决实际生产过程中高镍材料的表面残碱偏高问题。一般在实际生产中会采用水洗的方式来降低高镍材料残碱含量；但在水洗过程中往往会造成正极材料容量损失和电化学性能下降。

因此，急需开发一种工艺简单，表面残碱含量较低的高镍材料，尤其涉及LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂(622)材料，这种材料的比容量、循环寿命、倍率性能、存储性能等均较好，从而满足动力电池市场的需求。

发明内容