[发明专利]一种长寿命、高振实的高镍三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种长寿命、高振实的高镍三元正极材料及其制备方法，包括以下步骤：将混合盐溶液、络合剂、沉淀剂和氯硼酸钠在保护气氛保护下进行搅拌后纯化制得前驱体，反应过程中控制体系pH在10‑12之间，其中，所述混合盐溶液为镍盐、钴盐和锰盐的混合水溶液；将所述前驱体与锂盐均匀混合后煅烧，制得所述长寿命、高振实的高镍三元正极材料。本发明中的高镍三元正极材料振实密度更高，电化学性能更优异，且制备工艺简单，适合大规模产业化生产。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料领域，具体涉及一种长寿命、高振实的高镍三元正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池作为一种新的二次清洁，且可再生能源，其具有工作电压高，质量轻，能量密度大等优点，在电动工具，数码相机，手机，笔记本电脑等领域得到了广泛的应用，并且显示出强大的发展趋势。其中，正极材料、负极材料、隔膜和电解液成为锂离子电池的四大关键材料，而正极材料由于在锂离子电池中所在的比重较大，其性能直接影响着锂离子电池的性能。

目前主要应用的正极材料主要包括钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、三元材料镍钴锰酸锂和镍钴铝酸锂等，针对目前正极材料高容量、长循环的要求，其中高镍三元正极材料LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂(x≥0.8) 由于其较高的可逆容量和低成本，成为目前最具应用前景的锂离子动力电池正极材料。但高镍三元正极材料在循环时，由于电解液分解和尖晶石/岩盐相的表面结构的恶化，以及在循环过程中一次颗粒的体积变化引起的电极材料沿着晶界形成晶间裂纹，导致二次球颗粒破碎，电解液分解加剧，加速了循环时的容量衰减，因此抑制晶间裂纹的形成对于高镍三元正极材料是至关重要的。

为了抑制晶间裂纹的形成，一般的常用的方法是通过在三元材料表面包覆金属氧化物如Al₂O₃和ZrO₂等，避免了三元材料颗粒与电解液的直接接触，抑制副反应的发生，但这种方法并不能从根本上解决Li⁺嵌入和脱出过程中体积变化引起三元材料颗粒内部的应力积累而形成裂纹的问题。另一方面，一些多孔、中空和开放结构的三元材料可以有效吸收充放电过程中体积的变化，降低颗粒内部应力，达到提升循环寿命的目的，但是也降低了材料的振实密度，牺牲了电池的能量密度作为代价。

发明内容

有鉴于此，本发明有必要提供一种长寿命、高振实的高镍三元正极材料及其制备方法，通过在共沉淀法制备高镍三元正极材料前驱体的过程中加入一定量的氯硼酸钠（Na₃B₆O₁₀Cl），从而调节前驱体中一次颗粒的晶面生长，使得一次颗粒之间的界面粘附性提升，得到更加紧凑、密实的二次球，并抑制晶间裂纹的形成，且得到的高镍三元正极材料的循环保持率高、振实密度高，从根本上解决Li⁺嵌入和脱出过程中体积变化引起三元材料颗粒内部的应力积累而形成裂纹的问题，同时提升了材料的振实密度。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种长寿命、高振实的高镍三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：

将混合盐溶液、络合剂、沉淀剂溶液和氯硼酸钠在保护气氛保护下进行搅拌后纯化制得前驱体，反应过程中控制体系pH在10-12之间，其中，所述混合盐溶液为镍盐、钴盐和锰盐的混合水溶液；

将所述前驱体与锂盐均匀混合后煅烧，制得所述高镍三元正极材料。

进一步的，所述混合盐中，镍、钴、锰离子的总浓度为2.0-4.0mol/L。

所述镍盐包括硫酸镍、硝酸镍、氯化镍中的至少一种；

所述钴盐包括硫酸钴、硝酸钴、氯化钴中的至少一种；

所述锰盐包括硫酸锰、硝酸锰、氯化锰中的至少一种。