[发明专利]一种具有均匀包覆层的高镍正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有均匀包覆层的高镍正极材料及其制备方法，所述制备方法包括如下步骤：将高镍正极材料置于水中进行水洗，加入两种或两种以上可相互反应生成不溶于水的包覆物无盐机物质，过滤，用低沸点有机溶剂冲洗，抽干，干燥，烧结，冷却，过筛，得到具有均匀包覆层的高镍正极材料。本发明由于包覆物采用边反应、边搅拌、边贴合的方式包覆在在活性材料表面，因此活性材料可得到更均匀的包覆；本发明在水中搅拌包覆的同时降低了正极活性材料表面的残锂，为电池的安全性和稳定性提供保障；本发明通过高温烧结，在活性正极材料表面会形成一层新的层状锂金属氧化物结构和磷酸锂或硫酸锂结构，保证材料结构稳定性的同时提高锂离子迁移速率。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种具有均匀包覆层的高镍正极材料及其制备方法。

背景技术

人类社会发展进入智能革命时代，随着信息技术与电气设备的迅猛发展，能源已经成为制约进步和发展的重要瓶颈。尤其随着环境污染的治理迫在眉睫，新型能源尤其是锂离子二次电池在日常生活与社会进步中扮演着越来越重要的角色。日前，全球主要国家陆续公布纯燃油车禁售时间表，更标志着电动汽车用动力电池发展进入一个全新的阶段。

锂离子电池由于具有高工作电压、高能量密度以及长寿命等特点而被广泛应用。为满足电动汽车的使用需要，对锂离子电池的功率密度、能量密度以及循环性能和安全性能都有越来越严格的要求。目前商用的锂离子电池正极材料可根据其结构大致分为三类：(1)具有六方层状结构的锂金属氧化物，包括钴酸锂，三元材料(NCM、NCA)等；(2)具有尖晶石空间结构的材料，主要是高压锰酸锂材料；(3)具有橄榄石结构的磷酸亚铁锂等聚阴离子化合物。其中层状三元材料具有成本低、放电容量大、循环性能好、热稳定性好、结构比较稳定等优点，已经发展成为最具有发展前景的新型锂离子电池正极材料之一。由于Co与O的能带重叠大于Ni与O的重叠，在充电过程中，二价镍会优先氧化生成三价镍，三价镍也会优先于三价钴生成四价镍，所以在相同电压范围内，随着镍含量的增加，克比容量及能量密度都会有相应的提高。因此高镍材料也成为动力电池发展应用的一种趋势。但是随着镍含量的增多，由于Ni²⁺与Li⁺半径接近，不可避免的发生阳离子混排效应，Ni³⁺/⁴⁺、Co³⁺/⁴⁺与O有能带重叠会造成高脱锂状态下的晶格氧脱出，会造成材料表面自由锂与空气中的水和二氧化碳形成氢氧化锂与碳酸锂，进而在电解液的进攻下生成气体并发出热量，对电池的稳定性和安全性带来不容忽视的影响。因此有必要开发制备一种提高安全性与循环性的高镍正极材料。

中国专利CN106960958A公布了一种正极活性材料包覆液及其制备方法以及正极活性材料的包覆方法，该发明包括溶剂及能够溶于该溶剂的磷酸盐包覆前驱物，其特征在于，该溶剂至少包括醇类溶剂，该磷酸盐包覆前驱物通过热处理生成一磷酸盐Al_mM_nPO₄，其中M为一种或多种价态为k的碱土金属元素或过渡族金属元素，0≤m＜1，0＜n≤1且3m+kn＝3；该发明还包括正极活性材料包覆液，其特征在于，为一种均相的澄清溶液，包括磷酸酯类化合物、铝盐及改性元素的化合物在醇类溶剂中的混合，或者包括磷酸和五氧化二磷中至少一种、铝盐及改性元素的化合物在醇类溶剂中的混合。正极活性材料包覆液的制备方法，包括如下步骤：

S1，在醇类溶剂中加入磷酸酯类化合物，得到磷酸酯溶液；以及

S2，在该磷酸酯溶液中加入铝盐及改性元素的化合物，该铝盐及改性元素的化合物溶于该醇类溶剂，并与该磷酸酯类化合物反应得到正极活性材料包覆液；

S3，将正极活性材料与该正极活性材料包覆液混合均匀，得到一固液混合物；以及

S4，将该固液混合物干燥并烧结，得到正极复合材料，该正极复合材料包括正极活性材料及包覆在该正极活性材料表面的包覆层。