[发明专利]一种锂离子电池多元正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池多元正极材料的制备方法，制备得到的正极材料平均化学组成为：Li[Ni_xCo_yMn_zM_m]O₂·n[M´_wO]，x+y+z+m=1，0.0005≤m≤0.03，0.0005≤n≤0.05，M为Al、Y、Si、Zr、Ti、Mg元素中的一种或多种，M´为Al、Ce、Zr、Y、Yb、W、Ti、Si、B、Mg、La元素中的一种或多种。本发明通过优化元素掺杂来稳定晶粒层状结构，改善多元正极材料的倍率性能；通过表面附着的氧化物层避免了电解液对多元材料基体的腐蚀，提高了循环性能和热存储性能。此制备过程设备要求低，工艺简单，成本相对低廉，适于工业化生产。

技术领域

本发明属于锂离子二次电池正极材料技术领域，具体涉及一种锂离子电池多元正极材料的制备方法。

背景技术

作为近年来备受关注的锂离子电池关键组成部分，正极材料的开发正在从钴酸锂、锰酸锂，向镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂等多元材料方向发展，并且已经成功应用在IT、电动汽车、能量储存装置等领域。在PHEV/HEV电动汽车、航模、启停电源等应用场合，需要锂离子二次电池大电流快速充放电，同时具备高容量、耐高温、长寿命等特性。

然而，大电流充放电时会对正极材料结构造成不可逆的破坏。为了稳定正极物质的晶体结构，通常需要通过掺杂和包覆对材料进行改性，即首先制备晶体结构比较稳定的掺杂内核，再通过包覆来提高材料的寿命、稳定性及可靠性。掺杂元素能够稳定正极材料的层状结构，但掺杂量少时稳定能力较差，掺杂量多时反而会妨碍Li⁺的移动，造成材料倍率降低。因此，需选择掺杂元素并优化掺杂量，以改善正极物质的组成来提高倍率特性。另外，包覆层会影响正极材料中Li⁺的脱出和嵌入，选择合适的包覆元素和包覆方法，优化包覆量，可在提高循环的同时减小对材料倍率特性的影响。

目前，在上述领域使用的多元正极材料主要为LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂，其它体系的多元正极材料因存在大倍率放电差、循环差、安全性低等原因未普遍使用。现有技术中有一些方案试图解决上述问题。中国专利文献CN102938459A采用模板法制备高倍率的锂离子电池多元正极材料，通过缩短锂离子脱出/嵌入提高正极材料倍率，但该方法步骤较多，工艺复杂。中国专利文献CN105680015A采用稀土氧化物La₂O₃包覆多元正极材料LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂，通过增加包覆层厚度提高材料的高温性能，但未对材料的倍率进行改善。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种锂离子电池多元正极材料的制备方法，制备得到的正极材料能够达到LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂的倍率、循环性能，同时可提升材料的比容量，降低成本，可用于PHEV/HEV电动汽车、航模、启停电源等市场。

为实现上述目的，本发明公开了一种锂离子电池多元正极材料，该正极材料包括：掺杂内核和氧化物层。

上述的多元正极材料具有α~NaFeO₂层状结构，平均化学组成为：

Li[Ni_xCo_yMn_zM_m]O₂·n[M´_wO]