[发明专利]一种包覆改性高镍正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种包覆改性高镍正极材料及其制备方法，本发明所制备的改性正极材料通过原位法获得，利用材料表面本身具有的残余碱作为锂源，另加入六水硝酸镧来获取镧离子，在聚乙烯吡咯烷酮的辅助作用下，合成了一种新型改性高镍正极材料。与现有技术相比，本发明具有简单易行，大大降低材料表面残碱量，稳定材料层状结构，显著提升高镍正极材料电化学性能等优点。

技术领域

本发明涉及新能源材料技术领域，尤其是涉及一种包覆改性高镍正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池凭借工作电压高、能量密度大、功率密度好和循环性能佳等优点成为目前热门的储能装置，广泛应用于手机、动力汽车及航空航天等领域。高镍正极材料凭借其高容量、高工作电压等优点而成为新能源材料中的研究重点。

但是，高镍正极材料仍然存在一定的问题，例如，在锂离子电池充放电过程中电解液与电极材料的直接接触会发生副反应，反应生成的HF对材料有严重地腐蚀性，且过渡金属离子(Mn,Ni,Co)易发生迁移，导致高镍正极材料层状结构的破坏，从而严重影响高镍正极材料的循环稳定性及倍率等电化学性能。所以，对电极材料进行改性是提升其性能的重要手段，常用的改性方法有掺杂，包覆，配制功能型电解液等，而表面包覆方法凭借其能够显著提高循环稳定性，提升电子电导率、锂离子扩散速率及材料的倍率性能而备受研究

目前，对于高镍正极材料的包覆物主要包括氧化物(B₂O₃,Al₂O₃,TiO₂,ZrO₂,V₂O₅,Y₂O₃)、磷酸盐(AlPO₄)、氟化物(AlF₃,LiF,LaF₃)、LiAlO₂、碳和石墨烯等，采用的方法常为沉淀法和球磨法。

球磨法主要是将包覆物与被包覆物按照一定的比例混合，通过高速球磨使包覆物分布于材料的表面，但此方法容易导致材料表面的包覆物不均匀而严重影响材料的性能。沉淀法是将金属离子通过沉淀沉积到材料的表面，再通过烧结等方法将包覆物包覆在材料表面。大多数氧化物在HF中不具有热力学稳定性，氧化物包覆层会被HF腐蚀转变为氟化物包覆层。由于氟化物与金属氧化物的摩尔体积差别较大，会生成应力，进一步导致生成的氧化物层开裂甚至脱落，副反应加剧，电池性能受到严重影响。

因此，包覆层厚度不均匀，表面残余碱含量大，电极循环和倍率性能差是目前现有技术中难以克服的问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种包覆层厚度均匀可控，大大降低了高镍正极材料表面的残余碱的含量，循环和倍率性能得到显著提升的包覆改性高镍正极材料及其制备方法。

因此，选用氟化物(LiF,LaF₃)作为包覆材料，不但可以降低高镍正极材料表面残余碱含量，且均匀稳定的包覆层避免了电极材料与电解液的直接接触减少了对正极材料的腐蚀，保证了大倍率下的循环稳定性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种包覆改性高镍正极材料，该材料包括，高镍正极和包覆层，所述的高镍正极和包覆层的质量比为1:(0.009-0.030)。

进一步地，所述的包覆层包括氟化锂或氟化镧的一种或两种。由于现有的高镍正极表面含有的残余碱，该残余碱包括LiOH或Li₂CO₃，每1g的高镍正极表面含有0.003-0.005g的LiOH残余碱，LiOH只是作为残余碱计算的当量，残余碱的存在形式包括LiOH或Li₂CO₃，是由正极材料表面的Li₂O与空气中的二氧化碳或水反应生成；包覆层中的氟化锂是与由氟化铵与高镍正极表面残余碱反应后获得；氟化镧是由六水硝酸镧和氟化铵反应生成。