[发明专利]一种三元正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种三元正极材料及其制备方法和应用。该制备方法包括：镍盐、钴盐和锰盐溶于水中混合均匀得到溶液A；正硅酸乙酯和氧基硅烷类化合物溶于有机溶剂中混合均匀得到溶液B；溶液A、碱液和氨水混合后于保护气体氛围下进行成核反应；成核反应结束前加入溶液B进行溶胶‑凝胶反应，反应过程中，通过控制溶胶‑凝胶反应体系为碱性，反应得到前驱体浆料；对前驱体浆料滤得到的固体物进行洗涤干燥后得到前驱体；将前驱体与锂源混合后进行烧结处理，得到该三元正极材料。该方法在前驱体合成后期引入正硅酸乙酯和氧基硅烷类化合物，形成均匀、致密、互穿的三维网络球形膜，从而提高材料的首效、循环稳定性以及安全性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种三元正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

目前商业化锂离子电池正极材料有磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、镍锰酸锂以及三元镍钴锰酸锂(NCM)等，但随着电动汽车与便携式用电器的发展，人类对高能量密度锂离子电池的需求也日益增加。磷酸铁锂、锰酸锂等由于质量比容量较低、钴酸锂成本较高、镍酸锂稳定性较差等原因，很难满足需求，因此研究者将目光转移到三元镍钴锰酸锂上。

三元镍钴锰酸锂虽然有比容量高、循环稳定性好、成本适中等优势，但是仍然存在以下问题：首先，镍离子与锂离子半径大小接近，在材料合成过程中部分镍离子和锂离子发生错位因此导致锂镍混排，影响材料的电化学性能；其次，三元材料直接与电解液接触会发生副反应，导致金属溶出以及产气等负面影响；最后，材料表面残碱过高会影响涂布，导致不可逆容量损失增大，同时恶化电池的循环性能，对于高镍三元来说，表面的Li₂CO₃在高电压下分解，是电池胀气的主要原因之一，最终带来安全性方面的隐患。

发明内容

基于现有技术存在的问题，本发明的第一目的在于提供一种三元正极材料的制备方法；本发明的第二目的在于提供该方法制备获得的三元正极材料；本发明的第三目的在于提供该三元正极材料在制备锂离子电池中的应用。

本发明的目的通过以下技术手段得以实现：

一方面，本发明提供一种三元正极材料的制备方法，其包括如下步骤：

将镍盐、钴盐和锰盐溶于水中，混合均匀得到溶液A；

将正硅酸乙酯和氧基硅烷类化合物溶于有机溶剂中，混合均匀得到溶液B；

将溶液A、碱液和氨水混合后于保护气体氛围下进行成核反应；

成核反应结束前加入溶液B进行溶胶-凝胶反应，反应过程中，通过控制溶胶-凝胶反应体系为碱性，继续在保护气体氛围下反应得到前驱体浆料；

对前驱体浆料过滤得到的固体物进行洗涤干燥后得到前驱体；

将前驱体与锂源混合后进行烧结处理，得到该三元正极材料。