[发明专利]一种高镍三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高镍三元正极材料及其制备方法，该高镍三元正极材料由基体和包覆层形成，基体由高镍三元前驱体、锂源和掺杂剂制得，掺杂剂为含M’的化合物，M’为掺杂元素，M’选自金属元素和/或非金属元素中的一种或几种，包覆层由包覆材料形成，包覆材料为金属或非金属化合物。制备方法包括：将高镍三元前驱体、锂源和掺杂剂混合；进行一次烧结，后处理得到掺杂的高镍三元正极材料基体；将掺杂的高镍三元正极材料基体与包覆材料混合；进行二次烧结，后处理得到高镍三元正极材料。本发明的高镍三元正极材料经过多元掺杂和表面包覆共改性，晶格稳定，由该高镍三元正极材料制得的锂离子电池具有优异的倍率性能、循环稳定性和安全性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料领域，具体涉及一种高镍三元正极材料及其制备方法。

背景技术

近些年来，随着手机、笔记本等3C产品的快速发展，对锂离子电池的能量密度、功率密度和使用寿命等指标提出了更高的要求。其中，正极材料在锂离子电池中占据核心地位，其性能的优劣将直接影响电池各项性能，例如储能密度、循环寿命、安全性等。在众多锂离子电池正极材料的市场应用中，高镍系三元层状氧化物正极材料因Ni、Co和Mn之间的协同效应综合了LiCoO₂、LiNiO₂和LiMnO₂三种材料的优点，而被认为是最有应用前景的新型正极材料之一。

在层状镍钴锰三元材料中，作为反应元素的镍含量的提升可以有效的提高材料的比容量，因此高镍三元正极材料成为研究热点。然而，由于镍含量的升高会使锰含量相对减少，从而使正极材料的结构稳定性、热稳定性和安全性能变差。此外，高镍三元正极材料在烧结过程中较易生成残余锂，这些残余锂无导电性且容易与电解液发生反应，其附着在材料表面，又容易堵塞材料颗粒之间的锂离子传输通道，造成电池放电容量低、电池极化严重及电池产气等现象。

因此降低高镍材料表面残余锂同时稳定材料的表面结构，成为提升高镍三元正极材料电性能的一个关键问题。为了解决上述问题，有研究人员通过对高镍三元正极材料进行阴离子掺杂的方法改善高镍三元正极材料的电化学性能。

但是，通过引入多种阳离子或阳离子与阴离子共掺杂制备比容量高、倍率性能好和循环稳定性好的高镍三元正极材料的方法鲜有公开报道。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现：采用高温固相法，通过多种元素掺杂和表面包覆共改性的方法对高镍三元正极材料进行改性处理，得到高镍三元正极材料，该正极材料的晶格稳定，改善了正极材料的电荷转移和离子运输特性，并且由所得高镍三元正极材料制得的锂离子电池表现出良好的倍率性能、循环稳定性能和安全性能，且该高镍三元正极材料的制备方法工艺简单、原料来源广泛、易于实现，从而完成本发明。

本发明的目的一方面在于提供一种高镍三元正极材料，高镍三元正极材料由基体和包覆层形成，

基体由高镍三元前驱体、锂源和掺杂剂制得，

掺杂剂为含M’的化合物，M’为掺杂元素，M’选自金属元素和/或非金属元素中的一种或几种，

包覆层由包覆材料形成，所述包覆材料为金属或非金属化合物。

本发明的目的另一方面在于提供一种高镍三元正极材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

步骤1、将高镍三元前驱体、锂源和掺杂剂混合；

步骤2、进行一次烧结，后处理得到掺杂的高镍三元正极材料基体；

步骤3、将掺杂的高镍三元正极材料与包覆材料混合；

步骤4、进行二次烧结，后处理得到高镍三元正极材料。

本发明所具有的有益效果为：