[发明专利]一种高镍三元正极材料及其制备方法和应用

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和应用，其基体材料为镍钴锰酸锂，其特征在于，所述镍钴锰酸锂的表面具有两个包覆层，由内至外依次为LiNi_xCo_yM_1‑x‑yPO₄和碳包覆层。首先取前驱体与磷酸溶液反应制得磷酸盐包覆的高镍三元正极材料；将所述磷酸盐包覆的高镍三元正极材料通过过渡金属离子与烯烃的催化作用再制得碳包覆层。本发明中制得高镍三元正极材料具有双重包覆层，包覆均匀，其有利于降低材料的水分含量，减少表面残碱，改善材料的加工性能，并提高正极材料的倍率性能和循环性能。

技术领域

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

背景技术

锂离子电池作为一种新型的绿色电源，其具有比能量高、绿色安全环保等优点，因而被认为新能源的传输媒介，被广泛应用于电动汽车、电动工具和储能电站等领域。锂离子电池的四大关键材料为正极材料、负极材料、隔膜及电解液，它们的性质影响着锂离子电池的最终性能。

正极材料是锂离子电池最关键的材料，它决定了电池工作电压、寿命、容量、安全性和成本，其成本约占锂离子电池制造成本的30-40％。目前我国锂电池正极材料主要包括三元材料(NCM、NCA)、磷酸铁锂(LFP)、钴酸锂(LCO)以及锰酸锂(LMO)材料，从2017年起三元正极材料已替代磷酸铁锂，成为国内占比最大的锂离子电池正极材料。

其中，镍钴锰酸锂三元材料作为一种锂离子电池正极材料，相比磷酸铁锂，其具有比容量高、能量密度大等特点，成为目前正极材料研究领域的焦点。随着镍含量的提升，镍钴锰酸锂三元材料的比容量及能量密度也随之升高。因此，以523、622和811等为代表的高镍三元正极材料备受关注。

高镍三元正极材料虽然存在诸多优点，但其仍存在一些不足：如高镍三元正极材料表面残碱(主要是LiOH和Li₂CO₃)含量较多，影响电极浆料的加工性能，甚至导致制备的电芯在循环过程中产生胀气、鼓包。此外，高镍三元正极材料在满电状态下容易与电解液反生副反应，致使电芯容量下降，循环性能恶化，甚至存在安全隐患。通常，包覆是高镍三元正极材料最常见的一种表面改性方法，不仅可以保护正极材料，提高在电解液中的稳定性，甚至可以降低表面残碱，提高锂离子传导率和电子电导率。但现有的包覆主要是采用氧化铝、氧化锆等金属氧化物进行机械混合后，再进行高温烧结包覆，而金属氧化物多为半导体或绝缘体，起到保护的同时也阻碍了锂离子和电子的传导，并且机械混合很难实现均匀包覆，通过高温烧结的手段得到的包覆层也不牢靠，在充放电循环过程中，会随锂离子的嵌入和脱出而脱落，由此产生的微粉可能会刺穿隔膜，形成微短路，恶化循环，所以这种包覆存在牺牲部分性能、难以均匀包覆及包覆不牢靠的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明有必要提供一种高镍三元正极材料及其制备方法和应用，本发明中的高镍三元正极材料具有LiNi_xCo_yM_1-x-yPO₄和碳包覆层的双重包覆层，其主要是首先制备磷酸盐包覆的高镍三元正极材料，然后利用高价态过渡金属离子对烯烃碳化的催化作用，得到碳包覆层，这种双重包覆的高镍三元正极材料，包覆均匀，在降低材料的水分含量，减少表面残碱，改善材料的加工性能的同时，还能提高正极材料整体的离子传导率和电子电导率，改善循环性能。解决了现有技术中的包覆存在的牺牲部分性能、难以均匀包覆及包覆不牢靠的技术问题。

为了实现上述目的，本发明主要采用以下技术方案：

一种高镍三元正极材料，其基体材料为镍钴锰酸锂，所述镍钴锰酸锂的表面具有两个包覆层，由内至外依次为LiNi_xCo_yM_1-x-yPO₄和碳包覆层。

本发明还提供了一种上述高镍三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：