[发明专利]一种硅基镍钴锰锂三元锂电池电极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池材料领域，具体涉及一种硅基镍钴锰锂三元锂电池电极材料及其制备方法。

背景技术

近年来随着便携式电子设备的普及、电动车的发展，作为新一代高能电源的锂离子电池得到了极大的关注。锂离子电池的主要构成材料包括电解液、隔离材料、正负极材料等。正极材料占有较大比例（正负极材料的质量比为3: 1~4：1），因为正极材料的性能直接影响着锂离子电池的性能，其成本也直接决定电池成本高低。目前，锂离子电池的正极活性材料主要有钴酸锂(LiCoO₂)、镍酸锂(LiNiO₂)、锰酸锂(LiMn₂O₄) 以及铁酸锂(LiFePO₄) 、三元材料( NCM/NCA )等，随着动力锂电池技术的发展，锂离子动力电池正极材料逐步向着高电压、高安全性、低成本、高能量密度的方向发展。作为锂离子电池正极材料，三元材料LiNi_xCo_yMn_zO₂(x+y+z＝1) 以毒性小、成本低、容量大受到人们广泛关注，但镍与锂容易产生混排导致材料的稳定性差，安全性较差。

中国专利申请号201110331881.1公开了一种制备三元复合正极材料LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂的方法，该发明采用共沉淀-硅包覆-高温烧结-脱硅联合的方法制备了锂离子电池正极材料LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂，制备的正极材料颗粒尺寸在80～180nm之间，首次充放电性能达194.4～210.3mAh/g,电化学性能优异。但是，没有解决充放电过程中，镍与锂混排导致的稳定性差问题。

中国专利申请号201610736535.4公开了一种改性镍钴锰酸锂材料，该发明在镍钴锰酸锂主体材料内，添加少量纳米石墨烯和微晶硅粉，在工艺先进，增加了放电容量，增加了寿命，保证了动力电池产业化的一致性和续航能力。但是，这些改性剂机械式的加入，会存在微区聚集问题，导致性能提升不稳定法，而且因固相扩散速度慢，混料难以均匀，从而导致其电化学性能稳定性不高。

中国专利申请号201410184692.X公开了一种锂离子电池用硅掺杂镍基正极材料的制备方法，该方法首先采用湿法制备前驱体镍锰钴氧化物，再将草酸锂和上述前驱体镍锰钴氧化物混合后烧结得到镍基三元正极材料；最后采用硅烷与氮气的混合气进行气相沉积反应在所得镍基三元正极材料表面进行硅掺杂改性。该方法提高了材料的电化学性能。但是，该方法采用化学气相沉积反应技术进行硅掺杂，工艺过程从液相环境到真空环境，工艺过程不连续，生产效率低，使用到的设备成本高。

由此可知，为了提高正极活性材料的镍钴锰酸锂在充放电下结构及工作性能的稳定性，目前主要采用的方法为对镍钴锰酸锂材料进行硅掺杂表面改性，替代镍位置，降低镍脱离的几率，提高稳定性。但是，选用固相反应进行表面硅掺杂处理往往面临着掺杂不均匀，复合材料离子电导率和电子电导率低的问题，影响电池效率，产品性能不易控制。采用化学气相沉积技术掺杂，将提高设备成本，工艺的连续性差。因此，有必要开发出另一种简单工艺来制备稳定的硅基镍钴锰酸锂三元锂电池正极材料。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种硅基镍钴锰锂三元锂电池电极材料，用于解决现有掺杂技术中面临着掺杂不均匀，在实际应用中三元锂电池电极材料由于其镍含量高，结构稳定性差，进而影响电池安全性的技术问题。进一步本发明提供的硅基镍钴锰锂三元锂电池材料的制备方法，不但解决了镍钴锰酸锂三元材料稳定性较差，安全性较差的问题，而且成本低，适用于大规模工业化生产。

为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种硅基镍钴锰锂三元锂电池电极材料的制备方法，具体步骤如下：

（1）将钴盐与锰盐加入去离子水中，搅拌均匀，形成溶液，加入浓度为1.0mol/L氢氧化钠溶液，超声振荡1h，得到Co_yMn_1-x-y(OH)₂分散液，其中钴、锰、去离子水与氢氧化钠的摩尔比为y:(1-x-y):5-14:1；所述x 和y 的摩尔比满足：0.1≤x≤0.5；0.05≤y≤0.7；0.5≤x+y≤0.9；