[发明专利]一种改性镍钴锰三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种改性镍钴锰三元正极材料的制备方法，包括如下步骤：一)改性镍钴锰的制备，二)铌掺杂镍钴锰三元正极材料的制备。本发明还公开了根据所述改性镍钴锰三元正极材料的制备方法制备得到的改性镍钴锰三元正极材料及利用所述改性镍钴锰三元正极材料作为正极材料的锂离子电池。本发明制备得到的改性镍钴锰三元正极材料与现有技术中的传统镍钴锰三元正极材料相比，生产成本更加低廉，克容量、循环稳定性和能量密度更高，电化学性能更加优异，循环使用寿命更长，首次充放电效率更高，使用更加安全环保。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，尤其涉及一种改性镍钴锰三元正极材料及其制备方法。

背景技术

随着人类对能源和环境问题的重视，高能耗、低效率的储能产品(如铅酸电池、镍氢电池等)都将被淘汰。而锂电池由于比能量高、自放电小、循环寿命长、无记忆效应环境友好等优点已广泛应用于手机、数码相机、电脑、电动汽车等众多领域中。在锂离子电池整个构成中，正极材料占据着非常重要的地位，其性能的优劣直接决定了最终产品锂离子电池的性能，而且其价格也是直接影响到锂离子电池的成本。

第一代商业化的正极材料主要是钴酸锂，但是其克容量低、循环性能差的缺点很明显。二代的正极材料主要是三元材料，尤其是镍钴锰三元正极材料。镍钴锰三元正极材料拥有较高的比容量、能量密度和功率密度，比较稳定的性能，是生产动力电池的热门正极材料，但其首次充放电效率较低，对正极材料的可逆容量和对电池设计时的正负极配比产生一定的影响。镍钴锰三元正极材料主要通过镍含量的增加来提高克容量，增加镍含量会导致材料稳定性变低、高温下电解液在正极材料表面发生副反应产生大量气体，从而带来严重的安全隐患，也提高了成本。

其次，现有技术中镍钴锰三元正极材料的制备主要采用高温固相合成法及共沉淀法。其中高温固相合成法是将镍钴锰氢氧化物与锂源混合，在900～1000℃左右高温下合成，然后通过粉碎、分级、筛分得到产品。该方法因锂源物理性质与镍钴锰氢氧化物物理性质相差较大，很难均匀混合，而固相扩散速度慢，故产物在结构、组成方面存在较大的差异从而导致其电化学性能稳定性不高。

因此，寻求更为有效的方法，制备克容量和稳定性高、循环使用寿命长、具有更优越的安全性及高能量密度的镍钴锰三元正极材料势在必行。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种改性镍钴锰三元正极材料及其制备方法，该制备方法简单易行，对设备及反应条件要求不高，原料易得，价格低廉，制备得到的改性镍钴锰三元正极材料与现有技术中的传统镍钴锰三元正极材料相比，生产成本更加低廉，克容量、循环稳定性和能量密度更高，电化学性能更加优异，循环使用寿命更长，首次充放电效率更高，使用更加安全环保。

为达到以上目的，本发明提供一种改性镍钴锰三元正极材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将钴盐，锰盐，镍盐，锂盐，四氟硼酸四乙胺加入柠檬酸中，配成0.5-0.6mol·L^-1的溶液，然后将溶液进行喷雾干燥，最终得到分子水平上混合均匀的前驱体颗粒；将前驱体于室温下以4-6℃/min升温到750～850℃，再在该温度下保温10-15h后自然冷却；待冷却至室温，将产物研磨，过200-400目筛得到改性镍钴锰；

2)将经过步骤1)制备得到的改性镍钴锰加入质量分数为20-30％的柠檬酸水溶液中，再向其中加入铌盐，在150-180℃下水热反应13-15h，后取出并置于鼓风干燥箱中100-110℃烘8-12小时，后将混合物研磨，再于室温下以5℃/min升温到800～900℃，保温20～30h后自然冷却，得到的粉体研磨后过200-300目筛，得到镍钴锰三元正极材料。

优选地，步骤1)中所述钴盐，锰盐，镍盐，锂盐，四氟硼酸四乙胺的摩尔比为0.2:0.2:0.6:1:0.02。