[发明专利]一种偏铝酸锂包覆的镍钴锰三元正极材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种偏铝酸锂包覆的镍钴锰三元正极材料的制备方法，该制备方法将镍钴锰三元前驱体与锂源混合，高温烧结制备得到镍钴锰三元正极材料，再用异丙醇铝通过水解水热法进行制备，在水热反应完成后过滤烘干，研磨成粉末；并将烘干的粉末置于箱式煅烧炉，经过高温煅烧，得到偏铝酸锂包覆的镍钴锰三元正极材料。该制备方法不需要额外加入锂源，而是将正极材料表面的锂残渣作为原料，既能去除正极材料表面的锂残渣，又在正极材料表面包覆上一层LiAlO₂，对材料起到保护作用，从而提高正极材料的倍率性能和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料制备的技术领域，尤其是涉及一种偏铝酸锂包覆的镍钴锰三元正极材料的制备方法。

背景技术

近年来，镍钴锰三元正极材料备受关注，其拥有较高的比容量、能量密度和功率密度以及较好的循环稳定性，是现在生产锂离子动力电池的热门正极材料。其中，NCM622型和NCM811型正极材料，由于镍含量的增大，具有更高的比容量，更是下一代锂离子电池极具发展前景的正极材料。

但是随着镍含量的增大，正极材料的放电容量越高，但是热稳定性、加工性能和容量保持率却随之降低。高镍三元正极材料在实际生产和应用过程中存在着一些问题。首先，循环性能差，其原因包括锂层中Ni²⁺的存在倾向较高，导致阳离子混排严重，循环性能恶化。其次，是充放电过程中形成的不稳定Ni⁴⁺数量增加，与电解质发生强烈的副反应，释放更多的副产物，也会造成电池的极化增大、容量快速衰减。在共沉淀过程中二次粒子中存在不同程度的应力和畸变。随着锂离子的脱嵌，材料体积膨胀与收缩，足以在颗粒内部的晶界附近造成扩展性裂纹。材料颗粒内部不断出现的新裂纹暴露出新鲜的表面，与电解液发生副反应，造成电极材料的粉化和电池失效。加工性能和安全性差则是因为NCM811表面残留有Li₂O和LiOH，对空气的湿度十分敏感，它会与空气中的CO₂和H₂O反应生成Li₂CO₃和其他锂盐，阻碍Li⁺扩散，而且会在充电状态的高电位下分解产生CO₂，造成软包电池鼓包等安全问题。

针对上述存在的问题，研究者通过优化煅烧制度、合成梯度材料、改变材料形貌、表面包覆和离子掺杂等手段能够做到不同程度的改善镍钴锰三元正极材料的电化学性能。有些文献和专利报道了对镍钴锰三元正极材料进行LiAlO₂包覆改性。Tang等(Journal ofPower Sources 412(2019)246–254)通过水解AlCl₃在前驱体表面形成氢氧化物，再加入锂源进行煅烧，完成LiAlO₂包覆LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂，提高了材料的循环稳定性和热稳定性。公开号为CN 109560266的中国专利通过控制Li₂CO₃、NH₄H₂PO₄、Mn(OH)₂、FeC₂O₄的原料配比，得到磷酸铁锰锂前驱体，然后添加铝源混合煅烧后得到LiAlO₂包覆的磷酸铁锰锂正极材料，该材料具有良好的倍率性能和循环性能。但上述工艺都需要额外加入锂源，这会导致成本增加，也无法达到去除正极材料表面锂残渣的目的。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种偏铝酸锂包覆的镍钴锰三元正极材料的制备方法。该制备方法将镍钴锰三元前驱体与锂源混合，高温烧结制备得到镍钴锰三元正极材料，再用异丙醇铝通过水解水热法制备LiAlO₂包覆的正极材料。该方法不需要额外加入锂源，而是将正极材料表面的锂残渣作为原料，既能去除正极材料表面的锂残渣，又在正极材料表面包覆上一层LiAlO₂，对材料起到保护作用，从而提高正极材料的倍率性能和循环稳定性。