[发明专利]一种镍酸锂包覆高镍三元正极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供一种镍酸锂包覆高镍三元正极材料及其制备方法，镍酸锂包覆高镍三元正极材料的结构包括镍酸锂包覆层和三元正极材料颗粒；所述镍酸锂包覆高镍三元正极材料的化学式为LiNisubgt;x/subgt;Cosubgt;y/subgt;Mnsubgt;1‑x‑y/subgt;Osubgt;2/subgt;，其中，0x1，0y1，0(x+y)1；其制备工艺包括制备前驱体、金属镍包覆及烧结处理步骤。本发明将镍酸锂均匀包覆在高镍三元正极材料表面，形成高强度的镍酸锂包覆层，且颗粒粒径分布均匀；作为锂电池正极材料使用时，具有优异的循环性能、倍率性能和容量保持率等电性能，其放电容量能达到172.2mAhgsupgt;‑1/supgt;，100次循环后，容量保持率高达94.4％。且制备过程简单，条件温和易控，生产效率高，更加有利于工业化大生产的推广和应用，具有极大的市场应用前景。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种镍酸锂包覆高镍三元正极材料及其制备方法与应用。

背景技术

锂离子电池因其稳定的循环性能和良好的倍率能力受到青睐，已广泛应用于许多行业，从便携式电子产品扩展到电网级能量存储系统和电动汽车。因此，更低的污染和成本、更高的能量密度和更好的安全性能等指标就变成了锂离子电池的追求目标。一方面，在反应过程中富镍正极材料表面会产生锂的复杂化合物，这将加剧其电化学性能的恶化；另一方面，由于Ni²⁺和Li⁺的半径相似，占据锂原子位置的镍原子导致阳离子混合现象，导致其电化学性能有所下降。同时，在充放电过程中，电解液中的氢氟酸会对正极材料的表面产生侵蚀，这使得锂离子电池的容量衰减更快，造成性能的恶化。

为了解决这些问题，研究人员们进行过多种尝试，主要的改性手段有掺杂，表面包覆，结构优化等。其中，表面包覆是一种提升正极材料性能的重要手段。包覆的材料种类繁多，包括金属离子、金属氧化物和锂的化合物等，例如，Na⁺、Ca²⁺、ZnO、Nd₂O₃、V₂O₅、La₄NiLiO₈、Li₂TiO₃-Li₂ZrO₃和Li₃PO₄等。它们都是改善阴极材料界面稳定性的最佳候选材料。这些表面改性方法可以改善阴极材料和电解质之间的界面稳定性，减少副反应的发生，并成功提高Li⁺扩散效率。

现有的混合掺杂改性手段，无法保证包覆物质均匀分布在二次颗粒表面，同时，包覆层与本体材料之间经常会出现结构差异较大的问题，从而导致两者之间的结合力较弱，经过多次充放电之后，出现包覆层从本体材料脱落的情况。当出现这种情况时，电池的循环性能会出现大幅下降。因此，研发出一种颗粒表面具有均匀包覆层、颗粒粒径均匀，且具有优异的循环性能、倍率性能和容量保持率等电性能的锂电池正极材料仍是当下的研究重点。

发明内容

针对上述问题，本发明有效的将镍酸锂均匀包覆在高镍三元正极材料的一次颗粒和二次颗粒表面，形成高强度的镍酸锂包覆层，解决了其他包覆手段所导致的本体材料与包覆层之间结构差异过大的问题，解决了高镍三元正极材料循环稳定性差、电导率低，以及可逆性差等问题。