[发明专利]正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种正极材料及其制备方法和应用。该正极材料的制备方法包括如下步骤：将致孔剂、第一溶剂和稳定剂按照质量比为(0.002～0.006):1:(0.1～0.25)混合，于90℃～140℃进行水热反应以晶化，得到晶态混合溶液，往所述晶态混合溶液中加入镍盐、钴盐和锰盐，混匀，得到第一反应混合液，将所述第一反应混合溶液进行水热反应以晶化，得到球形介孔镍钴锰氢氧化物；将所述球形介孔镍钴锰氢氧化物、第二溶剂和锂盐混合均匀，得到第二反应混合液，将所述第二反应混合液进行水热反应以晶化，干燥，焙烧，得到球形介孔镍钴锰酸锂正极材料。采用上述方法制备得到的球形介孔正极材料的结构更为稳定，利于Li⁺的嵌入和脱出，可以提高锂离子电池的高温存储性能和电化学性能。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池具有高能量功率密度、无记忆效应、循环寿命长、工作电压平台高，作为高密度的能量储存技术与高效率的能量转化技术，以及相对清洁环保的优点，已逐渐进入人们的视野，成为人们关注的焦点，被研发用以缓解能源紧张和环保问题，并被广泛应用于便携式电子设备、储能设备以及电动车的驱动中。

正负极材料、电解液和隔膜的性能影响并制约着锂离子电池性能的提高，其中，正极材料起到关键作用。目前，锂离子电池正极材料分为以下几类：①具有层状结构的钴酸锂(LiCoO₂)、镍酸锂(LiNiO₂)正极材料；②具有尖晶石结构的锰酸锂(LiMn₂O₄)正极材料；③具有橄榄石结构的磷酸铁锂(LiFePO₄)正极材料；此外还有三元材料。磷酸铁锂正极材料的理论比容量为170mA/g，电压平台为3.4V，在全充电状态下具有良好的热稳定性、较小的吸湿性和优良的充放电循环性能，但LiFePO₄的克容量较低限制了其能量密度无法得到进一步的提升，且由于其自身结构的限制，导致以LiFePO₄为正极材料的锂离子电池导电率差、锂离子扩散速率慢，低温性能较差，这些都制约了LiFePO₄正极材料的大规模工业化生产。

目前市场上三元材料较为主流的是NCM高镍622和111型，更高一级的NCM811型也开始在动力电池领域批量应用。高镍三元正极材料(LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂)为α-NaFeO₂型层状结构，空间群为R-3m，晶格中Li主要占据3a位置，O则占据6c位置，形成MO₆八面体结构，Ni、Co、Mn无序占据3b位置，整个晶体可以看作为MO₆八面体层和LiO₆八面体层交替堆积而成，适合锂离子的嵌入和脱出。Ni²⁺(离子半径为0.069nm)与Li⁺(离子半径0.076nm)半径接近，Ni²⁺很容易占据Li⁺的3a位置，Li⁺则进入主晶片占据3b位置，发生阳离子混排，导致晶胞参数a增大，(003)衍射峰的强度弱化。在Li层的Ni²⁺半径小于Li⁺，将降低晶片厚度，在充电时氧化成Ni³⁺或Ni⁴⁺，造成晶片空间的局部坍塌，增加放电过程中Li⁺的嵌入难度，降低材料的可逆容量。而Li⁺进入过渡金属层则会扩大主晶片厚度，并难以脱嵌，使材料功率性能恶化。高镍NCM层状材料还存在高温性能差等缺点制约着此材料的商业化，因此，需要进一步改进。

发明内容

基于此，有必要针对高镍NCM正极材料Li⁺脱嵌较难的问题，提供一种正极材料的制备方法，能够得到结构较为稳定的高镍NCM正极材料，利于Li⁺的脱出和嵌入。

一种正极材料的制备方法，包括如下步骤：