[发明专利]一种高镍锂离子正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种高镍锂离子正极材料，分子式为LiNixCoyMn1‑x‑y‑z MzO2，M为掺杂元素，所述的锂离子正极材料是由一次颗粒聚集而成的球状形的二次颗粒，其结构可以是均相结构、核壳结构、浓度梯度结构。其制备方法为：高镍正极材料前驱体制备，锂离子二次电池正极材料的制备。该高镍正极材料的前驱体采用共沉淀方法合成，能够促进元素均匀混合，增加陈化过程能够使反应更充分，有利于形貌的控制；采用多元素共掺杂可以提高材料晶体结构的稳定性，降低Mn元素含量，引入其他掺杂元素，可以降低高镍正极材料的锂镍混排程度，保证层状材料的有序性，稳定了材料的结构提高放电比容量，从而提高电池的能量密度。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料，特别涉及一种高镍锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

目前动力电池仍以磷酸铁锂电池为主，但其比能量有限，未来将难以满足乘用车在续航里程方面的需求，因此，追求高比能量是锂离子动力电池的重要研发方向。由于正负极容量的差异，正极材料往往是影响电池能量密度的瓶颈所在。 LiNixCO1-XO2正极材料具备了钴酸锂和镍酸锂的优点，放电比容量高，循环性能好、成本低和环境污染小等优点，但是由于高镍材料存在着容易出现阳离子混排现象，从而会出现热稳定性差及首次充放电效率低等缺陷，目前为了解决此问题，往往对其进行掺杂包覆改性等，虽然一定程度上改善了混排现象，提高了结构的稳定性，但是由于掺杂或包覆物为非活性物质，在一定程度上降低了电池的比容量，为了解决这一问题，PCT专利WO2016155314A1公开了一种高能量密度的镍钴基锂离子正极材料及其制备方法，是在LiNixCO1-XO2中掺杂对其进行改性稳定材料的结构，再通过包覆活性物质，利用二元共掺杂在一定程度上解决了阳离子混排现象，但是其结构稳定性还有更进一步提高的空间，并且该方法采用传统的固相烧结方法，难以保证材料中掺杂元素分布的均匀性，分布不均也会导致放电比容量恶化，从而影响到电池的循环性能。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种高镍锂离子正极材料及其制备方法，本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种高镍锂离子正极材料，分子式为LiNi_xCo_yMn_1-x-y-z M_zO₂，其中，x≥0.6，0＜y≤0.2，0＜z≤0.1；

进一步的，所述高镍锂离子正极材料的结构可以是均相结构、核壳结构、浓度梯度结构；

进一步的，所述的锂离子正极材料是由一次颗粒聚集而成的球状形的二次颗粒。

一种高镍锂离子正极材料的制备方法，包括如下步骤：

第一步，高镍正极材料前驱体制备：

a.溶液配制：按照按摩尔比Ni:Co:Mn=x:y:1-x-y配制成混合盐溶液A1,使该盐溶液中金属离子浓度为0.5~4 mol/L；配制浓度为4~10 mol/L的碱溶液，配制浓度为10%~25%的络合剂溶液，将碱溶液与络合剂溶液按体积比v：1-v均匀混合（0.6≤v≤0.9）形成混合溶液B；

b.反应釜底液的配制及反应釜条件的控制：反应容器中注入一定容量去离子水,并用碱溶液调节底液的pH值为8~11，并保持反应容器内的温度为40~70 ℃,同时通入惰性气体，并贯穿整个反应过程；

c.前驱体反应：向反应容器内加入盐溶液A1，进料速度控制在0.1~20L/h，同时缓慢加入碱液与络合剂的混合溶液，控制反应容器内的pH值为9~13，反应容器内温度为40~70 ℃，搅拌速率为300~800 rpm。

d.陈化过程：在盐溶液A1进料结束后，停止碱液与络合剂的混合溶液的加入，继续保持加热，搅拌，通气，搅拌速率适当下调，使反应容器内的反应进行得更加充分，陈化时间持续10~24h，得到溶液C;