一种高电压高镍三元锂离子电池正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高电压高镍三元锂离子电池正极材料及其制备方法，涉及锂离子电池技术领域。所述制备方法首先将三元前驱体与锂盐混合并进行第一段烧结，再将得到的镍钴锰酸锂单晶物料与干包覆物料混合并进行第二段烧结，得到单层包覆物料，干包覆物料为辅料元素的氧化物，辅料元素为Mg、Ta、Ge、Nb至少一种；然后将单层包覆物料溶入碱性水溶液中，并加入铝盐水溶液进行充分反应，过滤并干燥后进行第三段烧结，在单层包覆物料表面形成氧化铝包覆层。通过本发明专利技术提供的制备方法获得的高镍三元正极材料，其在高截止电压下的比容量和循环性能都得到提升。得到提升。得到提升。

【技术实现步骤摘要】
一种高电压高镍三元锂离子电池正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种高电压高镍三元锂离子电池正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着能源需求的不断增加，锂离子电池已成为电动车、智能手机、笔记本电脑等的主要电源，同时也在储能领域得到广泛应用。作为锂离子电池的核心组件，正极材料的性能直接影响到电池的能量密度、循环寿命和安全性能等关键指标。然而，三元材料的比容量在一定程度上受到限制，为了提高电池能量密度和功率密度，目前有两条研究方向，一是提高低镍三元材料的截止电压，如LiNi
0.6
Co
0.2
Mn
0.2
O2的截止电压达到了4.35V，二是提高镍元素的比例，制备高镍三元材料，如LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2。
[0003]然而，将这两者策略同时应用的专利技术还较少，虽然可以进一步提高材料的比容量，但面临的问题有以下两点：一是高镍三元材料结构不稳定性，提高截止电压会加剧层状结构的坍塌，导致脱出的锂离子无法回嵌，循环性能劣化严重；二是较高的截止电压会导致电解液分解产生氢氟酸，氢氟酸对镍钴锰酸锂颗粒表面的腐蚀同样会加速比容量在循环过程中的劣化。

技术实现思路

[0004]本专利技术主要解决的技术问题是提供一种高电压高镍三元锂离子电池正极材料及其制备方法，能够提高高镍三元锂离子电池正极材料的结构稳定性和对电解液的抗腐蚀能力，从而提高其在高截止电压下的比容量和循环性能。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供一种高电压高镍三元锂离子电池正极材料的制备方法，包括：将三元前驱体与锂盐混合并进行第一段烧结，得到镍钴锰酸锂单晶物料，所述三元前驱体的化学通式为Ni
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
(OH)2，0.8≤x<1，0<y≤0.2；将所述镍钴锰酸锂单晶物料与干包覆物料混合并进行第二段烧结，得到单层包覆物料，所述干包覆物料为辅料元素的氧化物，所述辅料元素为Mg、Ta、Ge、Nb至少一种；将所述单层包覆物料溶入碱性水溶液中，并加入铝盐水溶液进行充分反应，过滤并干燥后进行第三段烧结，以在所述单层包覆物料表面形成氧化铝包覆层。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的另一个技术方案是：提供一种高电压高镍三元锂离子电池正极材料，所述正极材料是根据上述技术方案所述的制备方法制得的；其中，所述正极材料的颗粒表面依次包裹有第一包覆层和第二包覆层，所述第一包覆层为辅料元素和锂的共氧化物，所述第二包覆层为氧化铝，所述辅料元素为Mg、Ta、Ge、Nb至少一种。
[0007]本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的制备方法首先将三元前驱体与锂盐混合并进行第一段烧结，得到具有高镍元素比例的镍钴锰酸锂单晶物料，再将镍钴锰酸锂单晶物料与干包覆物料混合并进行第二段烧结，得到单层包覆物料，干包覆物料为辅料元素的氧化
物，辅料元素为Mg、Ta、Ge、Nb至少一种；然后将单层包覆物料溶入碱性水溶液中，并加入铝盐水溶液进行充分反应，过滤并干燥后进行第三段烧结。第二段烧结可在镍钴锰酸锂单晶物料表面形成第一包覆层，即辅料元素和锂的共氧化物，第三段烧结可在单层包覆物料表面形成第二包覆层，即氧化铝包覆层。第一包覆层的形成过程中，部分辅料元素已经在镍钴锰酸锂单晶物料颗粒表面形成浅层掺杂，可以增强界面的晶体结构，在充放电过程中不易发生结构坍塌，提高其高电压下的锂离子回嵌能力，辅料元素还可以增强和氧的键合作用，以及取代锂位，作为支撑层间的支柱，起到稳定结构的作用。而且，第二包覆层能够起到隔绝电解液的作用，防止在高电压下电解液分解产生的氢氟酸对正极材料的腐蚀。因此，通过本专利技术提供的制备方法获得的高镍三元正极材料，其在高截止电压下的比容量和循环性能都得到提升。
附图说明
[0008]此处所说明的附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本专利技术的不当限定，在附图中 ：图1是本专利技术制备方法一实施方式的流程示意图；图2是对比例和实施例的SEM图；图3是对比例和实施例的扣电首周充放电曲线图；图4是对比例和实施例的扣电1C在45℃循环100周容量保持曲线图。
具体实施方式
[0009]下面将结合实施例对本专利技术的技术方案进行清楚完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例。本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例都属于本专利技术保护的范围。
[0010]请参阅图1，本专利技术提供的一种高电压高镍三元锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤S11
‑
S13。
[0011]步骤S11，将三元前驱体与锂盐混合并进行第一段烧结，得到镍钴锰酸锂单晶物料，三元前驱体的化学通式为Ni
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
(OH)2，0.8≤x<1，0<y≤0.2。
[0012]具体地，可先行制备具有高镍元素比例的三元前驱体，例如：配置含有镍、钴、锰的硫酸盐水溶液，并加入掺杂剂共同溶解在水溶液中；将混合溶液、络合剂和氢氧化钠溶液同步接入到反应釜，调节两种混合液的流量以控制反应进程，将镍钴锰以及掺杂元素（Al、Mg、Zr、W等）以氢氧化物的形式形成沉淀后，再经过过滤干燥得到多种元素掺杂的三元前驱体Ni
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
(OH)2。使得在三元前驱体的制备阶段即将上述掺杂元素加入共沉淀过程，从而在三元前驱体内实现体相掺杂，最终提高镍钴锰酸锂单晶物料内部的结构稳定性。当然，烧结之后还包括粉碎、过筛等常规操作。
[0013]优选地，上述镍钴锰混合溶液中，Ni、Co、Mn三种元素的摩尔浓度之和为1～1.5mol/L，其典型但非限制Ni、Co、Mn三种元素的摩尔浓度之和为1mol/L、1.1mol/L、1.2mol/L、1.3mol/L、1.4mol/L、1.5mol/L等。
[0014]优选地，上述掺杂剂为Al、Mg、Zr、W、Mo、Ti的硫酸盐或氯化物中的4～6种，掺杂剂的质量分数范围为0.5～0.9%，其典型但非限制掺杂剂质量分数为0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、
0.9%等。
[0015]优选地，锂盐为氢氧化锂或者碳酸锂，锂元素和三元前驱体中镍钴锰元素的摩尔比为1.01～1.06，例如1.01、1.02、1.03、1.04、1.05、1.06等。
[0016]步骤S12，将镍钴锰酸锂单晶物料与干包覆物料混合并进行第二段烧结，得到单层包覆物料，干包覆物料为辅料元素的氧化物，辅料元素为Mg、Ta、Ge、Nb至少一种。
[0017]第二段烧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高电压高镍三元锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括：将三元前驱体与锂盐混合并进行第一段烧结，得到镍钴锰酸锂单晶物料，所述三元前驱体的化学通式为Ni
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
(OH)2，0.8≤x<1，0<y≤0.2；将所述镍钴锰酸锂单晶物料与干包覆物料混合并进行第二段烧结，得到单层包覆物料，所述干包覆物料为辅料元素的氧化物，所述辅料元素为Mg、Ta、Ge、Nb至少一种；将所述单层包覆物料溶入碱性水溶液中，并加入铝盐水溶液进行充分反应，过滤并干燥后进行第三段烧结，以在所述单层包覆物料表面形成氧化铝包覆层。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二段烧结的温度高于所述第一段烧结的温度。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述第二段烧结的温度为850～950℃，所述第二段烧结的温度为700～800℃。4.根据权利要求1所述的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆俊杰，张新龙，赵云虎，秦锦，
申请(专利权)人：南通瑞翔新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：