[發明專利]鋰鎳鈷錳正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201310472957.1
• 申請日: 2013-10-11
• 公開（公告）號: CN103490060A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 吳振豪;郎野;何金華;吳承仁;夏恒濤
• 申請（專利權）人: 寧德新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 廣州三環專利代理有限公司 44202
• 代理人: 王基才;王冬華

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，更具體地說，本發明涉及一種復合改性鋰鎳鈷錳正極材料及其制備方法。

背景技術

正極材料鋰鎳鈷錳(LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂，0＜x＜1,0＜y＜1)自2000年問世以來，因具有結構穩定、放電比容量大、放電平臺高、原料廣泛和對環境友好等優點而備受關注，被認為是制備高壽命、高功率、高安全、低成本的鋰離子電池的理想正極材料。

但是，鋰鎳鈷錳正極材料本身較高的化學活性導致其在循環過程中容易與電解液發生反應，降低了正極材料的穩定性，使用中，正極材料容易出現金屬溶出、電解液分解產氣等問題，限制了鋰鎳鈷錳正極材料的應用。因此，目前的研究主要集中在如何改善材料的表面穩定性，抑制其與電解液的反應上。為此，現有技術一方面是通過工藝的優化，控制合成過程中材料的晶粒生長，以獲取具有較大晶粒且粒度分布均一、比表面積較小的材料，以減小表面與電解液的反應速率，降低電解液消耗；另一方面是通過摻雜和包覆改性提高正極材料的表面穩定性，降低循環過程中金屬的溶出。

但是，單一的摻雜或包覆往往無法獲得綜合性能優良的鋰鎳鈷錳正極材料，例如，Al₂O₃、AlPO₄表面包覆可以提高鋰鎳鈷錳正極材料的循環性能和安全性能，卻會導致容量和倍率性能降低；而Mg，Ti等的摻雜可以提高鋰鎳鈷錳正極材料的倍率性能，但對循環性能提高不大，都達不到改善電池綜合性能的需求。

有鑒于此，確有必要提供一種具有理想綜合性能的鋰鎳鈷錳正極材料及其制備方法。

發明內容

本發明的目的在于：克服現有技術的缺陷，提供一種具有理想綜合性能的鋰鎳鈷錳正極材料及其制備方法。

為了實現上述發明目的，本發明提供了一種鋰鎳鈷錳正極材料，其包括：含有鋰鎳鈷錳氧化物的內核純相層，厚度為5-8μm，厚度由所合成的前驅體粒徑和第一次燒結溫度決定；含有包覆元素Li、Al、Mg、Ti、Zr的氧化物、磷酸鹽或氟化物的表面包覆層，厚度為50-100nm，厚度由包覆量和第二次熱處理溫度及時間決定；以及位于內核純相層和表面包覆層之間含有摻雜元素Al、Mg、Ti、Zr或稀土元素中的一種的淺表摻雜過渡層，厚度為1-2μm，厚度由摻雜前驅體厚度和第一次燒結溫度決定。

太大的表面包覆層厚度會增加材料的阻抗，降低其循環能力，50-100nm厚的表面包覆層既能起到保護材料表面層免遭電解液的過渡破壞，又能提高材料的循環能力。淺表摻雜過渡層的作用主要是穩定材料的結構，避免材料在長期循環的過程中由于Li+的反復脫嵌產生的應力對材料結構產生破壞，但淺表摻雜過渡層的厚度如果太大，一會降低材料的容量發揮，同時會造成金屬混排，降低材料的循環能力，1-2μm的厚度既能增加材料的穩定性，又不會降低材料的循環能力。

作為本發明鋰鎳鈷錳正極材料的一種改進，所述鋰鎳鈷錳正極材料的通式為LiNi_xCo_yMn_1-x-yA_ZC_wO₂，其中，0＜x＜1，0＜y＜1，z為0.01-0.04，w為0.001-0.005；A為淺表摻雜過渡層中的摻雜元素Al、Mg、Ti、Zr或稀土元素；C為表面包覆元素，選自Li、Al、Mg、Ti、Zr。

作為本發明鋰鎳鈷錳正極材料的一種改進，通式LiNi_xCo_yMn_1-x-yA_ZC_wO₂中，x=0.33，y=0.33；或x=0.5，y=0.2；或x=0.4，y=0.4；或x=0.8，y=0.1；或x=0.4，y=0.2。

此外，本發明還提供了一種鋰離子電池，包括正極、負極、間隔于正負極之間的隔離膜，以及電解液，其中，所述正極含有前述鋰鎳鈷錳正極材料。

為了實現上述發明目的，本發明還提供了一種鋰鎳鈷錳正極材料的制備方法，其包括以下步驟:

1)提供前驅體(Ni_xCo_yMn_1-x-y)(OH)₂粉末，D50=5-8μm；