[发明专利]一种镍钴锰酸锂材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池正极材料领域，具体涉及一种镍钴锰酸锂材料及其制备方法。

背景技术

层状镍钴锰酸锂(NCM)复合正极材料是一种极具发展前景的材料，与LiCoO₂、LiNiO₂和LiMnO₂相比，具有成本低、放电容量大、循环性能好、热稳定性号、结构比较稳定等优点。NCM通过Ni-Co-Mn的协同效用，结合了三种材料的优点：LiCoO₂的良好循环性能，LiNiO₂的高比容量和LiMnO₂的高安全性能和低成本等，已成为目前最具发展前景的新型锂离子电池正极材料之一。NCM随着Ni-Co-Mn三种元素比例的变化表现出不同的性能，衍生出多种正极材料，目前主研的大致包括：LiNi_0.33Co_0.33Mn_0.33O₂(111型)、LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂(424型)、LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂(523型)、LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂(622型)和LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(811型)，随着组分中Ni含量的升高，材料的实际放电容量会逐渐升高，但其循环性能和热稳定性能会逐渐变差，并且随着Ni含量的增加，材料表面的LiOH和Li₂CO₃增加，降低了材料的加工性能。但为满足未来电动汽车动力电池对能量密度和续航里程的要求，开发具有高容量的811型NCM正极材料已成必然。为改善高镍基NCM正极材料的缺陷，目前可通过离子掺杂和表面包覆等措施改善NCM的上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供镍钴锰酸锂材料的制备方法，该制备方法通过对811型NCM正极材料同时掺杂Mg、Al或Ti、F，有效提高了材料的倍率放电性能和比容量，并且有效抑制了充放电过程中HF对材料的腐蚀，降低Co的溶解，大大提高了材料的结构稳定性和热稳定性能。

本发明通过下述技术方案实现：

一种镍钴锰酸锂材料，为Mg、Al或Ti、F三者掺杂到811型镍钴锰酸锂正极材料制备得来。

为LiNi_0.8-xA_xB_yCo_0.1Mn_0.1O_2-zF_z，其中A：Mg；B＝Al或Ti；x＝0.005～0.03；y＝0.005～0.03，z＝0.005～0.03。

为由多孔Al₂O₃包覆的Mg、Al或Ti、F三者掺杂的811型镍钴锰酸锂正极材料。

一种如镍钴锰酸锂材料的制备方法，将811型NiCoMn前驱体和两种金属：Mg、Al或Ti，配置成Mg-Al-NiCoMn混合液或者Mg-Ti-NiCoMn混合液，干燥得镍钴锰酸锂材料前驱体；将镍钴锰酸锂材料前驱体和锂源、F源球磨后混合均匀煅烧再自然冷却得Mg、Al或Ti、F三者掺杂的811型镍钴锰酸锂正极材料。

811型NiCoMn前驱体采用共沉淀制备得来，其中选择碳酸钠为沉淀剂。

共沉淀反应中控制溶液pH值为11.5-11.8。

加入沉淀剂反应后，陈化3-4h。

采用多孔Al₂O₃溶胶高速雾化喷覆在Mg、Al或Ti、F三者掺杂的811型镍钴锰酸锂正极材料上并在80-90℃下搅拌均匀，在500-750℃温度下保温6-8h即得多孔Al₂O₃包覆的811型镍钴锰酸锂正极材料，多孔Al₂O₃的量为811型镍钴锰酸锂正极材料的1wt％-3wt％。