[發明專利]一種鎳基鋰離子電池正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410665669.2
• 申請日: 2014-11-20
• 公開（公告）號: CN104409700B
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 傅儒生;楊順毅;黃友元;任建國
• 申請（專利權）人: 深圳市貝特瑞新能源材料股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟;侯桂麗

一種鎳基鋰離子電池正極材料及其制備方法，包括內核、摻雜層和包覆層；內核的化學式為Li_aNi_xCo_yM_zO₂；摻雜層為含有M’的內核；包覆層中至少包含M’和氧元素；所述正極材料具有核殼結構，由內向外依次為內核、摻雜層、包覆層。本發明提供的鎳基鋰離子電池正極材料鋰鎳混排少，材料的循環穩定性顯著提高。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池正極材料領域，尤其涉及一種同時摻雜和包覆雙改性的鎳基鋰離子電池正極材料及其制備方法。

背景技術

隨著鎳含量的增加，鎳基鋰離子電池正極材料LiNi_xCo_yM_zO₂(M為Mn、Al、Cr、Mg中的一種或至少兩種金屬元素組合，0.7≤x＜1.0，0＜y≤0.2，0≤z≤0.1，x+y+z＝1)的制備伴隨著許多技術難題，如Ni²⁺難以氧化成Ni³⁺，且Ni³⁺不穩定，在高于600℃時易自發還原成Ni²⁺，導致高鎳含量的正極材料中鋰鎳混排增加從而影響材料的活性和循環穩定性；表面可溶性堿含量增加使材料水分含量高，導致材料加工性能、循環性能和高溫性能差，同時可溶性堿LiOH和Li₂CO₃與電解液副反應產物HF反應產生H₂O和CO₂，H₂O將導致電池體系的惡性循環使電池產氣量急劇增加，將導致電池出現爆炸的危險。

研究發現，通過非活性元素摻雜改性可以提高鎳基鋰離子電池材料在鋰離子脫嵌過程中的結構穩定性，減少鋰鎳混排，從而提高材料在電池體系中的循環穩定性；通過包覆改性可以使亞穩態的活性表面(活性Li、活性O)與空氣隔離，降低材料的水分并提高材料的循環性能；通過包覆改性還可以保證充電過程中高氧化性的Ni⁴⁺與電解液隔離，降低材料在電池體系中的副反應、提高電池循環穩定性。

如CN103606671A公開了一種復合取代摻雜和表面復合沉積包覆兩種方式對富鎳多元材料進行改性的方法。首先將富鎳多元前驅體Ni_1-xM_x(OH)₂與鋰源和摻雜元素M’的氧化物或氫氧化物干法混合，高溫燒結得到摻雜改性的富鎳多元材料Li_aNi_1-x(MM’)_xO2(a＝0.9-1.2，0≤x≤0.7)，再將摻雜改性的材料與鋁包覆液、鈷包覆液混合均勻，在200-1100℃燒結2-12h，得到Co、Al化合物復合包覆的摻雜改性的富鎳多元鋰離子電池正極材料。該方法摻雜和包覆分兩個步驟依次進行，首先進行摻雜改性，摻雜元素M’屬于體相摻雜即摻雜元素均勻分布于一次顆粒內部，該方法需要的摻雜劑含量較高；包覆工藝采用液相法，工序繁多，過程復雜，工業化能耗高。