[发明专利]一种多晶结构的超高镍正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种多晶结构的超高镍正极材料及其制备方法和应用。所述多晶结构的超高镍正极材料同时满足：其比表面积为0.84～0.88msupgt;2/supgt;/g；经过X射线衍射测试后，正极材料的003特征衍射峰的峰强与104特征衍射峰的峰强之比大于等于1.98，c轴晶格参数与a轴晶格参数之比≥4.9403；经过差式扫描量热分析测试后，DSC≥215℃；且正极中掺杂钨。本发明提供的正极材料，掺钨后结构稳定，同时调控材料中的比表面积、峰强比、晶格参数比以及DSC值，降低了正极材料中的锂镍混排比，进一步地提升了材料的结构稳定性，在保证超高镍正极材料较高容量的基础上，提升了其循环性能和热稳定性。

技术领域

本发明属于锂离子电池中正极材料技术领域，涉及一种多晶结构的超高镍正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

在当前的电动汽车中，锂离子电池的典型正极活性物质是层状镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂。这两种正极活性材料都来自于具有270mAh/g的高理论放电比容量的镍酸锂，但镍酸锂在脱锂过程中的多次相变导致结构坍塌从而降低其循环寿命，这种固有的结构不稳定性使得镍酸锂不适合于电动汽车。

镍钴铝酸锂正极材料是利用钴和铝取代镍酸锂中部分的镍，镍钴锰酸锂正极材料，是利用钴和锰取代镍酸锂中部分的镍，以抑制充放电过程中多步骤的相变并稳定结构。当镍含量较低时，镍钴铝酸锂和镍钴锰酸锂正极表现出良好的循环寿命和热稳定性。为了提高能量密度，需要提高镍含量，但当镍摩尔含量超过80％时，镍钴铝酸锂和镍钴锰酸锂因快速的容量衰减和大量不稳定的Ni4⁺生成，导致电池寿命逐渐降低并存在热安全性隐患。

CN109686938A公开了一种铝离子掺杂梯度镍钴锰铝酸锂正极材料及其制备方法，该方法是在共沉淀前驱体的过程中加入铝盐直接形成镍钴锰铝氢氧化物前驱体，然后再配锂两段式烧结制成铝离子掺杂梯度镍钴锰铝酸锂正极材料，虽然循环性能较普通梯度高镍三元正极材料有一定的提高，但倍率性能表现一般，需进一步完善。

CN109256543A公开了一种改性镍钴锰铝酸锂正极材料及其制备方法，将镍盐、钴盐、锰盐溶液加入到镍盐、钴盐、铝盐溶液种共沉淀制得的前驱体烧结得到改性镍钴锰铝酸锂正极材料前驱体，然后在反应釜中与石墨烯水热反应，制得到改性镍钴锰铝酸锂正极材料。该方法未明确指出包覆前正极材料的电化学性能，用石墨烯包覆改性后不能体现加入铝对材料的改善，并且水热反应条件要求较高，难以控制，合成工艺较为复杂。

上述文献得到的正极材料，均容易出现锂镍混排现象，导致电池的性能受到影响。

进一步地，超高镍三元材料LiNi_xCo_yMn_zO₂(0.95≤x≤1)在2.8～4.25V(vs.Li⁺/Li)稳定的电压窗口内可以贡献～220mAh/g的高比容量和较高的电压平台(3.8Vvs.Li⁺/Li)，并且具有低钴含量和环境友好等优势，成为颇有前景的下一代高比能锂离子电池正极材料。但是，超高镍层状正极材料的循环稳定性较差，这主要归因于随着镍含量的增加，锂镍混排更加严重，材料导电性变差，锂离子嵌入脱出不可逆性损失也愈加严重，进而加速了颗粒裂纹的产生和氧气的释放量，这也被认为是超高镍层状正极材料性能衰减的主要原因。

因此，如何在保证超高镍正极材料较高容量的同时，提升其他的电化学性能，是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多晶结构的超高镍正极材料及其制备方法和应用。本发明通过掺杂钨，细化了超高镍正极材料的一次颗粒，稳定了正极材料的结构，同时调控材料中的比表面积、峰强比、晶格参数比以及DSC值，降低了正极材料中的锂镍混排比，进一步地提升了材料的结构稳定性，在保证超高镍正极材料较高容量的基础上，提升了其循环性能和热稳定性。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：