[发明专利]高镍材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种高镍材料及其制备方法与应用。所述高镍材料的化学式为LiMO₂，其中M是指Ni_xCo_yMn_z，x＝0.6～0.7，y＝0.07～0.09，z＝0.2～0.3；所述正极材料的结构中包含C2/m晶体结构。上述高镍材料，通过合理控制材料中的镍、钴与锰的摩尔比，在结构中引入C2/m晶体结构，使其在充电过程中，过渡金属层中产生少许空位点，该位点为混排到锂层中的镍迁移回过渡金属层提供了空间，从而降低锂镍混排的程度。比起传统抑制锂镍混排的方法，该高镍材料能够在充电过程中抑制并降低锂镍混排程度，同时，该高镍材料在合成时结晶性良好，电化学性能(如循环保持率)有很大的提高。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种高镍材料及其制备方法与应用。

背景技术

随着社会的发展，人类对能源的需求日益增长，对应的化石燃料消耗量也逐年增加，因此造成环境污染的程度也很严重，人们对经济增长以及生态环境保护需求的矛盾也日益突出。为此，人类需要开发清洁的可持续能源。锂离子电池作为一种提供清洁环保、高能量密度的能源载体，近几十年来备受关注。其中，正极材料作为锂离子电池中最重要的材料之一，研究其性能也迫在眉睫。

在锂离子电池正极材料中，高镍材料LiMO₂(M＝Ni_xCo_yMn_z，其中x≥0.5)因其能量密度高、成本相对便宜而引起研究者们的相继研究。高镍材料LiMO₂在电压范围为2.8V～4.3V时可以达到约170mAh/g的比容量，在2.8V～4.5V高电压范围下，其比容量甚至可以达到210mAh/g以上。然而传统的高镍材料LiMO₂在合成以及循环过程中容易出现锂镍混排现象从而损害循环性能，在高电压下更甚。因此人们研究各种方法以抑制高镍材料的锂镍混排，其中较为常见的有元素掺杂、包覆等。

如有方法公开一种单晶三元正极材料，其制原料中包含阳离子添加剂，具体为铱源、钇源、碲源、铟源或镓源中的任意一种或至少两种的组合，通过添加上述阳离子添加剂形成阳离子Ir³⁺、Y³⁺、Te⁴⁺、In³⁺、Ga³⁺等阳离子掺杂的单晶三元正极材料，由此减少锂镍混排，控制材料晶面的定向生长，抑制晶面与空气中CO₂和H₂O的吸附作用与反应活性。

另有方法公开一种三元正极材料的制备方法，先将镍钴锰前驱体、锂源、添加剂混合、煅烧，得到三元正极材料，然后与碳酸锆铵溶液混合后干燥、煅烧，形成锆包覆的三元正极材料，该三元材料内部结构锂镍混排程度轻微，材料内部层状结构稳定，锂离子脱嵌可逆程度高。

还有方法公开一种调整锂源成分和配比来氧化改性高镍三元正极材料的方法，其通过调整锂源的成分和配比，以适当比例引入氧化性锂盐，与主体锂盐进行分散混合均匀，在后续的混锂煅烧过程能够推动氧化反应，提升Ni²⁺氧化至Ni³⁺的比例，减小了材料的锂镍混排程度，制备了具有良好层状结构的三元材料。

但是这些方法对于实现在充放电过程中抑制锂镍混排的结果并不理想，难以有效提升循环稳定性。因此，如何有效抑制高镍正极材料锂镍混排是提高锂离子电池性能的重点研究方向之一。

发明内容

基于此，本发明提供一种高镍材料及其制备方法与应用。该高镍材料能够在充电过程中抑制原位抑制高镍材料锂镍混排，优化锂离子电池性能。

本发明的又一方面，提供一种高镍材料，所述高镍材料的化学式为LiMO₂，其中M是指Ni_xCo_yMn_z，x＝0.6～0.7，y＝0.07～0.09，z＝0.2～0.3；

所述高镍材料的结构中包含C2/m晶体结构。