[发明专利]一种高镍三元正极材料Al2

说明书

本发明公开一种高镍三元正极材料Al₂O₃/Al复合改性层的化学气相沉积制备方法。本发明利用AlCl₃和Al粉作为反应原料，基于反应原理，通过调控区间的温度差，定向将反应原料中的Al以气相形式运输至高镍三元正极材料表面，与材料表面的残余碱性成分发生反应，生成一层均匀地、具有保护作用、可提高材料电导率的Al₂O₃/Al复合改性层，进而提高高镍三元正极材料的循环寿命、循环稳定性和安全性。该方法具有成本低廉、操作简单、反应时间短、反应温度低、不引入杂相、有效降低碱度等的优点。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种高镍三元正极材料Al₂O₃/Al复合改性层的化学气相沉积制备方法。

背景技术

锂离子电池是新能源汽车中最为重要的核心部件之一，也是电化学储能领域的发展重点。随着电动汽车对续航里程需求的不断提升及对动力电池能量密度要求的不断提高，对锂离子电池正极材料的性能也提出了更高的要求。相较传统的钴酸锂正极材料，高镍三元材料具备比容量高和价格低廉等优势，被认为是下一代动力锂离子电池材料的发展重点。然而，高镍三元正极材料存在的总碱量高、热稳定性差、循环寿命短等一系列问题却限制了其在锂离子电池中的实际应用。

材料的总碱量高是由于高镍三元正极材料的前驱体反应活性较低引起的，由于合成的材料中表面残存大量的锂，当接触空气时，表面残存的锂与之发生化学反应，材料表面的结构、形貌和成分发生变化，电化学性能迅速下降。另外，材料充电后镍转变为强氧化性的高价镍，它不仅与电池内部的其它组分如电解质等反应放出热量和气体，而且高价镍本身很不稳定，受热会分解并析出氧气，可能引起爆炸、起火等安全事故。此外，在充电过程中，过渡金属层中的低价镍会迁移到锂层并占据锂空位，形成阳离子混排，导致循环寿命的快速下降。

针对上述问题，国内外研究者主要通过掺杂和包覆的方法对高镍三元材料进行改性。如CN105406040B中国专利文献公开了一种包覆改性高镍三元正极材料，该材料将制备好的三元材料通过湿化学方法包覆纳米氧化物涂层并结合煅烧工艺制得。该方法能够有效的降低三元材料的碱度，所形成的包覆层有效地阻隔了高镍三元材料与电解液发生的副反应，有效的地提高了高镍三元材料的循环性能及安全性能。三元正极材料对于水及醇类物质较为敏感，然而通过湿化学方法制备包覆层的过程中又不可避免的会接触到上述物质，从而容易致使三元正极材料中镍元素的价态改变而影响材料的电化学性能。此外，后续的煅烧过程温度较高、持续时间较长，容易造成锂元素的挥发流失和部分材料从层状结构转变为无电化学活性的岩盐结构，增加了工艺过程控制的难度。如CN106395920B中国专利中公开了一种元素共掺杂改性三元正极材料的制备方法。通过将含镍钴锰的前驱体、锂源、含一种或多种掺杂离子的化合充分混合，置于烧结炉中一次高温煅制得样品。该方法通过引入离子掺杂，扩大锂离子的传输通道，有效的提升了材料的循环及倍率性能。但是，上述方法原料配置中所涉及到的金属离子化合物较多、热分解温度不尽相同，增加了工艺过程控制难度。此外，金属离子数量的增多也容易在合成过程中形成杂相，导致比容量的下降。

因此有必要开发出一种工艺调控简单、成本低廉、效果理想的新方法对高镍三元材料进行改性。

发明内容