[發明專利]改性鋰鎳鈷錳正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201610527060.8
• 申請日: 2016-07-06
• 公開（公告）號: CN107591519B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 郎野;徐中領;高旭光;徐磊敏
• 申請（專利權）人: 寧德新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京五洲洋和知識產權代理事務所(普通合伙) 11387
• 代理人: 張向琨

本發明提供一種改性鋰鎳鈷錳正極材料及其制備方法。所述改性鋰鎳鈷錳正極材料的通式為Li_aNi_xCo_yMn_zM_γO_2?δR_δ。其中，1.03≤a≤1.23，0<x≤0.9，0<y≤1，0<z≤1，x+y+z＝1，0<γ≤0.075，0<δ≤0.05，摻雜元素M選自Ni、Co、Mn、Sn、Mg、Ca、Ti、Zr、V、Nb、Mo、W、Al、B中的一種或幾種，摻雜元素R選自N、P、S、Si、Se中的一種或幾種，摻雜元素M和摻雜元素R均位于晶界處。在本發明中，對常規鋰鎳鈷錳正極材料進行晶界摻雜，得到的改性鋰鎳鈷錳正極材料在強電流的反復充放電過程中仍具有十分穩定的結構。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種改性鋰鎳鈷錳正極材料及其制備方法。

背景技術

與其它傳統二次電池相比，鋰離子電池具有體積小、電壓高、能量密度高等諸多優點，已經在手機、筆記本等消費電子領域取得了一系列長足進步。隨著新能源事業的蓬勃發展，越來越多的研究人員正積極的開發高功率密度、高循環穩定性、高安全性的鋰離子電池，以期其作為電動車的動力電池。

在鋰離子電池使用的眾多正極材料中，層狀結構的鋰鎳鈷錳(NCM)正極材料由于具有放電容量高、安全性能好、結構穩定、成本低的特點被認為是作為未來動力鋰離子電池正極材料的最佳選擇之一。然而，相比于鋰鈷氧、鋰錳氧正極材料而言，鋰鎳鈷錳正極材料的倍率性能不佳。

為了改善其倍率性能，現階段大部分的研究集中在減小顆粒尺寸、進行體相摻雜或表面修飾上。研究人員發現，通過適量的Zr摻雜可以提高鋰鎳鈷錳正極材料中鋰離子的擴散系數，進而改善其循環保持率及倍率性能(參見文獻Improvement ofelectrochemical properties of layered LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂positive electrodematerial by zirconium doping,Solid State Ionics,Volume 189,Issue 1,6May 2011,Pages 69-73)。2007年9月14日申請的中國專利CN200710035746公開了一種在LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂表面包覆一層多孔AlF₃薄膜的方法，這層多孔薄膜可以抑制電解液同正極材料間的副反應，進而改善其在高倍率下的電化學性能。Gao Po等人采用溶膠-凝膠方法合成了結晶良好、納米級單分散的LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂顆粒，在大電流放電時可發揮較高容量和循環保持率(參見文獻Po Gao,Gang Yang,Haidong Liu,Lu Wang,Haishan Zhou,Lithiumdiffusion behavior and improved high rate capacity of LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ascathode material for lithium batteries,Solid State Ionics 207(2012),50-56)。

然而在實際應用中，小粒徑的NCM材料比表面積大、與電解液接觸面積大，因此動力學性能優異，但同時副反應快、存儲性能差，若采用上述體相摻雜或表面包覆方法，會損失放電容量或功率性能。因此，如何兼顧功率性能和存儲性能一直是鋰鎳鈷錳正極材料在大倍率或高功率鋰離子電池中應用的難題。

發明內容