[发明专利]一种锂离子电池高镍三元正极材料的改性方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池高镍三元正极材料的改性方法。所述的方法包括以下步骤：a、将高镍三元材料的原始前驱体与锂源混合后预烧，制备锂化前驱体；b、用溶胶凝胶法制备锰/铝氧化物纳米粒子；c、将锰/铝氧化物纳米粒子均匀包覆到高镍三元材料的锂化前驱体表面；d、通过高温煅烧，制备锰/铝元素掺杂的高镍三元材料。本发明提出的锂化前驱体路线，可极大减少前驱体在纳米粒子包覆过程中的破碎，实现锰/铝氧化物纳米粒子在锂化前驱上的均匀包覆。通过锰/铝掺杂高镍三元材料的晶体微结构调控，可极大减少三元材料微球在电池充放电循环过程中裂纹的产生，而使高镍三元材料表现出极好的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料技术领域，尤其涉及一种锂离子电池正极材料的晶体生长控制及其微观晶体结构调控方法。

背景技术

随着环境污染和能源危机等问题日益严重，开发一种绿色无污染的新能源成为当务之急。近年来，锂离子电池三元正极材料因具有高能量、良好的循环性能及低成本的优势得到广泛关注。其中锂离子电池三元材料NCM(LiNi_xCo_yMn_zO₂)/NCA(LiNi_xCo_yAl_zO₂)是一种具有很大发展前途的正极材料，锂离子电池三元材料NCM/NCA与传统的LiCoO₂、LiNiO₂和LiMnO₂/LiAlO₂相比具有很大的优势，具有成本低，能量密度高，循环性能好，热稳定性好，结构稳定性好等优点。锂离子电池三元材料NCM/NCA综合了LiCoO₂、LiNiO₂和LiMnO₂/LiAlO₂三种材料的优点，由于Ni、Co和Mn之间存在明显的协同效应，因此NCM的性能好于单一组分层状正极材料，既有LiCoO₂良好的循环性能、又有LiNiO₂的高比容量和LiMnO₂的高安全性能及低成本。但是随着锂离子电池材料在电动汽车上的应用，容量要求更高，从而要求镍含量更高，因此人们进一步开发出高镍三元材料。镍含量增加使得材料结构稳定性变差以及副反应增加，在充放电过程中粒子内部产生更多裂纹以及粒子粉末化，进而导致循环寿命短和热稳定性变差，难以产业化。

目前主要通过掺杂和表面包覆来改善高镍三元材料的循环性能，其中在高镍三元材料表面包覆一层金属氧化物、非金属氧化物和聚合物等改善材料的结构稳定性及减少副反应，或者对高镍三元材料进行元素掺杂(Mn,Al,Ti,B,F,Sn,Ce,La等元素)改善其循环稳定性。

CN104124449A公开了一种采用纳米二氧化硅颗粒硅溶胶包覆高镍三元材料表面的方法，通过热处理得到硅酸锂包覆的高镍三元材料。CN105576215A公开了采用钕掺杂纳米二氧化铈包覆锂离子电池高镍三元正极材料的方法。CN104112860A公开了一种锂离子电池正极改性材料的制备方法，将高镍三元材料高温煅烧后进行稀土元素掺杂，最后采用纳米银包覆得到锂离子电池高镍三元正极改性材料。CN105958042B采用了一种原位合成Li₂MnO₃包覆改性的锂离子电池高镍是三元正极材料及其合成方法。

上述改性方法虽然使得高镍三元材料的电化学性能或结构得到了改善，但是普遍共沉淀法进行元素掺杂或在三元材料微球上进行简单的惰性材料物理包覆，涉及的方法复杂，尤其未能对掺杂或包覆技术方案进行设计，以实现材料的晶体微结构调控。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种锂离子电池高镍三元正极材料的改性方法，本发明的方法可以通过高温固相掺杂实现对高镍三元材料的微观形貌的调控，在最大程度上减少裂纹的产生。经过本发明改性的锂离子电池高镍三元正极材料有优异的循环性能、热稳定性和倍率性能。