[发明专利]一种三元材料、及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种三元材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)将含有锂源与三元材料前驱体的混合材料进行一次烧结，得到半成品，所述混合材料中锂元素与三元材料前驱体中金属元素的总摩尔量之比为1.01～1.2(2)将所述半成品与纳米级三元材料前驱体混合，在氧气气氛下进行二次烧结，得到三元材料。本发明先按锂过量的配比一次烧结三元材料前驱体得到半成品，然后采用纳米级三元材料前驱体与半成品表面残碱反应生成三元材料的方式降低残碱，提高了材料的加工性能和电化学性能；同时本申请采用二次烧结处理可以降低材料离子混排，提高材料的电化学性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料领域，具体涉及一种三元材料、及其制备方法和用途。

背景技术

三元聚合物锂电池是指正极材料使用锂镍钴锰或者镍钴铝酸锂的三元正极材料的锂电池，锂离子电池的正极材料有很多种，主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料和磷酸铁锂等。近年来，随着材料研发进步，三元材料因具有优秀综合性能和成本的双重优势日益被行业所关注和认同，逐步超越磷酸铁锂和钴酸锂成为主流的技术路线。目前三元材料的电芯代替了之前广泛使用的钴酸锂电芯，在动力电池领域也开始广泛使用。

众所周知，随着三元材料的中镍含量的提升，烧结出来的残碱含量也越来越高，这也是导致高镍材料一直无法产业化的一个最重要原因。对生产环境和工艺控制能力的要求高，浆料吸水后极容易造成果冻，在实际应用中困难重重，因此，降低表面残碱含量对于三元材料在电池里的应用具有非常重要的意义。

目前，降低高镍三元材料表面碱性过大的手段主要从几个方面入手：(1)一般从源头来控制前驱体的pH和生产环境，控制整个生产线的温度、气氛和环境湿度，严格控制材料与空气的接触，目前这个方法有一定效果；(2)混锂烧结阶段降低锂盐比例，调整烧结制度，让锂能快速扩散到晶体内部，但降低锂配比会导致容量的下降；(3)对材料水洗，然后二次烧结降低表面残碱含量，但相应的会损失一部分电性能，这是目前商业中常用的种方法，但这样会造成材料表面缺锂，相应的会损失一部分电性能；同时水洗工艺过程复杂，会造成一定量的损失，提高了生产成本。

CN107275605A公开了一种锂离子电池高镍三元材料的表面选择性包覆方法，所述包覆方法包括如下步骤：将锂离子电池的高镍三元材料置于潮湿环境中使其表面的棱角或者边缘位置生成残碱；将其加入金属盐的乙醇溶液中，搅拌反应；将样品放入马弗炉中烧结，在高镍三元材料的残碱部位生成锂金属氧化物，获得表面覆有锂金属氧化物的高镍三元材料。通过接触水汽的时间来控制高镍三元材料表面残碱的量及生成位置，然后与金属盐反应，金属离子在有残碱存在的地方沉积从而达到选择性包覆的目的。所述方法制备工艺复杂，周期长，且得到的三元材料电化学性能较差。

CN108878863A公开了一种改善锂离子电池三元正极材料表面残碱度的方法，所述方法包括如下步骤：将分子式为LiNiCoMnO的粉体镍钴锰层状正极材料与水混合，离心分离得到水洗后粉体材料；将锂源加入到无水乙醇中混合均匀，再加入水洗后粉体材料混合均匀，蒸发完全，烘干，烧结得到锂离子电池三元正极材料。所述方法在水洗后通过补锂，来提升材料的性能，但是补充的锂与粉体材料不易完全发生反应，易造成锂剩余过多，影响材料电化学性能。

CN108666534A公开了一种双层包覆的锂离子电池正极材料及其制备方法，其中，所述正极材料以镍钴锰酸锂三元材料为基体，在基体表面依次包覆有硅锂盐包覆层和金属氧化物包覆层；其中，所述硅锂盐包覆层如下形成：将硅弱酸与基体混合，硅弱酸与基体表面的残碱发生中和反应，生成一层硅锂盐包覆于基体上；所述金属氧化物与已包覆硅锂盐的基体进行混合，通过物理包覆，在基体上又包覆了一层金属氧化物包覆层。所述方法在制备过程中不易控制，得到的材料产率较低。

因此，目前亟需找到一个有效降低三元材料表面残碱的方法，所述方法工艺简单，生产成本较低，且得到的三元材料具有优异的电化学性能。

发明内容