[发明专利]一种锂离子电池高镍三元正极材料及其改性方法

说明书

本发明公开一种锂离子电池高镍三元正极材料及其改性方法，该方法包括：将高镍三元正极材料前驱体和锂源分别放入‑196℃的液氮中进行深冷研磨；通过离子注入法向研磨后的高镍三元正极材料前驱体颗粒表面掺入钇元素；将掺钇后的镍三元正极材料前驱体颗粒和研磨后的锂源混合均匀，烧结后得到锂离子电池高镍三元正极材料。本方法可以获得颗粒尺寸更加均匀的高镍三元正极材料前驱体和锂源，且可以增强正极材料的耐腐蚀能力；可抑制微裂纹的产生，制得的锂离子电池高镍三元正极材料具有更高的比容量和循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料领域，具体涉及一种锂离子电池高镍三元正极材料及其改性方法。

背景技术

锂离子电池作为一种高效的能量存储装置，被广泛应用于电子产品、新能源汽车等领域。目前，研究较多的锂离子电池正极材料有磷酸铁锂、镍钴锰酸锂三元材料、镍钴铝酸锂三元材料等。其中，磷酸铁锂具有高安全性、长循环寿命等优势，但是克容量低、电导率低，限制了在新能源汽车领域的应用。随之，镍钴锰酸锂三元正极材料因其具有较高的能量密度、以及相对较低的价格等优点，已经成为动力电池的首选。

在镍钴锰酸锂三元正极材料中，高镍三元正极材料具备更高的能量密度。但是因为组成二次球颗粒的一次颗粒在空间取向上呈无序性，导致在充放电过程中二次颗粒内部晶界处存在各向异性的应力应变，引发高镍三元正极材料二次颗粒内部产生微裂纹，造成材料容量衰减。在实际应用中，高镍三元正极材料的容量衰减问题限制了将其大规模商用化。

发明内容

本发明旨在提供一种锂离子电池高镍三元正极材料及其改性方法，主要是解决高镍三元正极材料二次颗粒内部易产生微裂纹的问题。

为了实现上述目的，本发明提供的一种锂离子电池高镍三元正极材料的改性方法包括：

将高镍三元正极材料前驱体和锂源分别放入-196℃的液氮中进行深冷研磨；

通过离子注入法向研磨后的高镍三元正极材料前驱体颗粒表面掺入钇元素；

将掺钇后的镍三元正极材料前驱体颗粒和研磨后的锂源混合均匀，烧结后得到锂离子电池高镍三元正极材料。

优选地，所述钇元素来自于单质钇或氧化钇。

优选地，钇的注入剂量为3×10¹⁴ions/cm²-8×10¹⁵ions/cm²。

优选地，所述高镍三元正极材料前驱体包含镍盐、钴盐和锰盐，且镍盐、钴盐和锰盐的摩尔比为8:1:1。

优选地，所述锂源包括氢氧化锂、碳酸锂和硝酸锂中的一种或两种。

优选地，所述高镍三元正极材料前驱体中镍、钴和锰离子之和与锂源中锂离子的摩尔比为1:(1-1.04)。

优选地，烧结过程为：先在400-500℃煅烧3-5h，再升温到680-800℃煅烧12-14h。

为了实现上述目的，本发明提供的一种锂离子电池高镍三元正极材料，采用如上述所述的方法制备获得。

与现有技术相比较，本发明至少具备以下有益效果：

(1)通过将高镍三元正极材料前驱体和锂源分别放入-196℃的液氮中进行深冷研磨，可以获得颗粒尺寸更加均匀的高镍三元正极材料前驱体和锂源，且可以增强正极材料的耐腐蚀能力；

(2)通过离子注入法向高镍三元正极材料前驱体颗粒表面掺入钇元素，可以抑制微裂纹的产生，同时不会对高镍三元正极材料前驱体本身的结构产生影响；

(3)本发明制备的锂离子电池高镍三元正极材料具有更高的比容量和循环性能。

具体实施方式