[发明专利]高镍三元正极材料及其制备方法、锂离子电池和电动汽车

说明书

本发明提供了高镍三元正极材料及其制备方法、锂离子电池和电动汽车，该方法包括：对高镍三元正极前驱体、锂源和掺杂剂的混合物进行第一煅烧，得到第一煅烧产物；对所述第一煅烧产物和包覆剂的混合物进行第二煅烧，得到第二煅烧产物；对所述第二煅烧产物依次进行水洗和干燥，得到水洗产物；对所述水洗产物进行第三煅烧，得到高镍三元正极材料。该方法中，通过前面工序的配合作用，使其摆脱了第三次煅烧时对表面包覆剂的依赖，即不采取任何表面包覆剂进行包覆处理，仅进行了单纯退火处理，由此在不牺牲比容量的前提下，成功制备得到了循环性能优异的高镍三元正极材料，且该方法不仅降低了制备过程的繁琐性，也降低了制备成本。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体的，涉及高镍三元正极材料及其制备方法、锂离子电池和电动汽车。

背景技术

锂离子电池作为目前遍及生活方方面面的绿色能源提供者，经历了数十年的发展。目前市场上的主流正极材料大致分为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂等，这些正极锂离子化合物各有其优缺点。为了解决上述材料各自的问题，目前研究领域致力于开发镍钴锰三元材料(NCM)，期望该材料可以集合Ni、Co、Mn三种元素的优点，摈弃其单一锂离子化合物的缺点，以打造具有高比容量、长循环寿命、安全环保的锂离子正极材料。这也是目前应用于汽车领域的动力锂离子电池的主流发展方向。高镍三元正极材料由于镍含量较高而比容量较高，所以三元正极材料的研究方向逐渐往高镍方向靠拢。但镍含量高在使得比容量提升的同时，由于镍离子的高氧化性，也导致了其循环稳定性显著下降。

因为，目前的高镍三元正极材料相关技术仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种比容量高，同时循环稳定性好的高镍三元正极材料及其制备方法和应用。

在本发明的一个方面，本发明提供了一种制备高镍三元正极材料的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：对高镍三元正极前驱体、锂源和掺杂剂的混合物进行第一煅烧，得到第一煅烧产物；对所述第一煅烧产物和包覆剂的混合物进行第二煅烧，得到第二煅烧产物；对所述第二煅烧产物依次进行水洗和干燥，得到水洗产物；对所述水洗产物进行第三煅烧，得到高镍三元正极材料。该方法中，通过前面工序的配合作用，使其摆脱了第三次煅烧时对表面包覆剂的依赖，即不采取任何表面包覆剂进行包覆处理，仅进行了单纯退火处理，由此在不牺牲比容量的前提下，成功制备得到了循环性能优异的高镍三元正极材料，且该方法不仅降低了制备过程的繁琐性，也降低了制备成本。

根据本发明的实施例，所述锂源中的锂的物质的量与所述高镍三元正极前驱体中的镍、钴和锰的物质的量之和的比例为1.02～1.06。

根据本发明的实施例，基于所述高镍三元正极前驱体的质量，所述掺杂剂的用量为2000～4000ppm。

根据本发明的实施例，所述第一煅烧的升温速率为2～4℃/min，保温温度为750～800℃，保温时间为10～15h，煅烧气氛氧气含量大于等于97％，冷却方式为随炉冷却。

根据本发明的实施例，基于所述第一煅烧产物的质量，所述包覆剂的用量为1000～2000ppm。

根据本发明的实施例，所述第二煅烧的升温速率为2～4℃/min，保温温度为600～700℃，保温时间为7～15h，煅烧气氛氧气含量大于等于97％，冷却方式为随炉冷却。

根据本发明的实施例，所述水洗步骤中水和所述第二煅烧产物的质量比为2:1～1:1；水洗时间为10～20分钟。

根据本发明的实施例，所述干燥的温度为130～180℃。

根据本发明的实施例，所述第三煅烧的升温速率为2～4℃/min，第一保温温度为120～150℃，第一保温时间为1～3h，第二保温温度为270～330℃，第二保温时间为6～10h，煅烧气氛氧气含量大于等于97％，冷却方式为随炉冷却。