[发明专利]一种核壳型高电压单晶镍钴锰酸锂正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种核壳型高电压单晶镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，包括：1）采用镍钴锰氢氧化物前驱体（Ni_xCo_yMn_1‑x‑y(OH)₂，0.2≤x≤0.6，0.1≤y≤0.5，1‑x‑y＞0）与锂源混合烧结，造粒，得颗粒状的单晶镍钴锰酸锂；2）将四氧化三钴加入水中砂磨成纳米四氧化三钴浆料；3）将单晶镍钴锰酸锂、锂盐、含金属元素的添加剂加入纳米四氧化三钴浆料中制成混匀料，喷雾干燥得中间产品，烧结，制成；金属元素为选自Mg、Al、Zr、Ti和W中的一种或多种；该方法制成的正极材料在具有优异的首次充放电效率、容量保持率高的同时兼具在4.35V及4.4V的高电压下均能发挥优越的循环性能和安全性能。

本发明是申请日为2019年6月12日、申请号为2019105041119、名称为“一种核壳型高电压单晶镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法和应用”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料领域，涉及一种正极材料，具体涉及一种核壳型高电压单晶镍钴锰酸锂正极材料的制备方法。

背景技术

镍钴锰酸锂(NCM)三元正极材料自1999年第一次报道以来得到了广泛的研究，三元正极材料通过Ni-Co-Mn的协同效应，结合了钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂三种材料的优点：具有镍酸锂的高容量特征，锰酸锂的高安全性能及低成本，钴酸锂的良好循环性能，已成为近年来发展最为迅速的锂离子电池正极材料。

目前NCM的三元正极材料主要为二次球形颗粒结构，然而上述传统的二次球形颗粒结构还存在如下一些问题：1、颗粒结构机械强度差，压实极片过程中，容易导致二次球破碎；2、其内部间隙多，结构缺陷明显，单位极片在辊压过程中容易发生破碎，造成后期电池容量衰减，压实密度受到极大限制，同时也增加了加工难度，限制能量密度的提升；3、内部孔隙较大难以包覆，活性物质材料与电解液接触，在高温条件下会被HF等腐蚀，破坏界面结构，进而导致过渡金属Ni、Co、Mn在电解液中的溶解，与电解液接触导致副反应增多，产生大量气体，电芯气压增大，电池膨胀，造成严重的安全隐患；4、颗粒表面缺陷较多，容易发生副反应。

针对上述问题，本领域的技术人员通过将三元正极材料做成单晶形貌并在单晶型材料外表面简单包覆一层极薄的金属氧化物层，可以有效改善二次颗粒机械强度和表面副反应活性高等问题。然而研究表明，单晶镍钴锰三元正极材料还存在首次充放电效率低、容量损失严重、高电压下(≥4.35V)循环性能有待进一步改善等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明为了克服现有技术中存在的问题而提供了一种核壳型单晶镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，该制备方法制成的正极材料在具有优异的首次充放电效率、容量保持率高的前提下，还能兼具在4.35V及4.4V的高电压下均能发挥优越的循环性能和安全性能。

为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案如下：

一种核壳型单晶镍钴锰酸锂正极材料，所述正极材料包括核层以及设置在所述核层外表面的壳层，所述核层与所述壳层构成核壳结构；其中，所述核层的材料为如下通式(Ⅰ)所示的化合物：Li_a(Ni_xCo_yMn_1-x-y)O₂(Ⅰ)，式中，1.0≤a≤1.15，0.2≤x≤0.6，0.1≤y≤0.5，1-x-y＞0，所述核层的材料为单晶型；所述壳层的材料为如下通式(Ⅱ)所示的化合物：Li_bCo_kM_1-kO₂(Ⅱ)，式中，M选自Mg、Al、Zr、Ti和W中的一种或多种，0.9≤b≤1.05，0.8≤k≤0.99。

根据本发明的一些优选且具体的方面，式(Ⅰ)中，0.35≤x≤0.6，0.1≤y≤0.35。

根据本发明的一些优选且具体的方面，式(Ⅱ)中，0.9≤k≤0.99。