[发明专利]一种高倍率型单晶镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高倍率型单晶镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法，包括由三元镍钴锰氧化物构成的单晶内层和由双金属锂盐构成的包裹外层，所述高倍率型单晶镍钴锰酸锂正极材料的化学通式为：Li_xNi_aCo_bMn_cY_dMo_3dO₂，其中，1≤x≤l.10、0al、0b1、0c1、0d≤0.12、且a+b+c+4d=1。本发明在单晶型镍钴锰三元正极材料制备完后包裹了一层双金属锂盐，包裹层能够有效抑制材料与电解液间的副反应，极大改善了材料的倍率性能和循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种高倍率型单晶镍钴锰酸锂正极材料及制备方法。

背景技术

三元材料最早在1999年提出可以作为锂离子电池的正极材料，采用Co、Mn取代LiNiO₂中的Ni制备出一系列LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂固溶体材料，并发现该固溶体材料体系的物理性能和电化学性能随着过渡金属元素比例的改变而变化，其变化规律可总结为：镍元素是主要的容量来源，镍含量增加会大幅提高材料的比容量，而且与另一容量来源钴相比，其电压区间与现有的电解液体系更加匹配；但过高镍含量会导致阳离子混排现象加剧，恶化材料的循环性能、倍率性能和安全性能，其库伦效率也会逐渐降低，钴元素也能提供容量，适当含量钴能有效稳定层状结构并抑制阳离子混排，提高材料的电子导电性，改善材料倍率性能；但钴元素发挥容量的电压区间高于当前常规的4.2V截止电压，过高含量的钴会增加成本。惰性而稳定的Mn4+增强材料结构稳定性，显著改善循环性能和热稳定性，但是锰元素不提供容量，会显著降低材料的克容量和能量密度。

目前三元正极材料大部分都是细小晶粒团聚成的二次球形颗粒，而二次球形颗粒的一次颗粒间存在间隙，表面包裹处理时部分一次颗粒表面就无法得到包裹，这将难以避免地导致了二次颗粒的整体包裹不均匀，结果是导致影响电池的电性能，尤其是电池的循环性能。另外Li[Ni,Co,Mn]O₂的倍率性能并不是很理想，阻碍了它在混合型动力电源上的应用，这主要与材料的电子电导率有关。另外该材料在高充放电电压下，循环稳定性较差。

发明内容

为应对现有技术Li[Ni,Co,Mn]O₂倍率性能不理想、循环稳定性较差的的缺点，本发明提供一种高倍率型单晶镍钴锰酸锂正极材料，其技术方案如下：

所述高倍率型单晶镍钴锰酸锂正极材料包括由三元镍钴锰氧化物构成的单晶内层和由双金属锂盐构成的包裹外层，所述高倍率型单晶镍钴锰酸锂正极材料的化学通式为：Li_xNi_aCo_bMn_cY_dMo_3dO₂，其中，1≤x≤l.10、0al、0b1、0c1、0d≤0.12、且a+b+c+4d＝1。

进一步地，所述三元镍钴锰氧化物与双金属锂盐的摩尔比为1:0.02～0.06。

进一步地，所述包裹外层的厚度为10-200nm。

本发明的另一目的在于，提供一种高倍率型单晶镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、制备三元前驱体：将镍的硫酸盐溶液、钴的硫酸盐溶液、锰的硫酸盐溶液按化学通式计量配比配料，加入纯水进行混合，再加入抗坏血酸搅拌配制成混合溶液，将混合溶液、NaOH溶液以及氨水溶液加入反应釜中混合搅拌，反应完全后获得沉淀物，将沉淀物抽滤、烘干，得到镍钴锰氢氧化物的三元前驱体；

S2、制备镍钴锰三元材料：对步骤S1制备的三元前驱体进行烧结处理，将锂源与烧结完成后的三元前驱体进行混合球磨，得到混合粉料，再将混合粉料进行高温烧结，即可得到单晶结构的镍钴锰三元材料；