[發明專利]一種多層次協同改性的鋰電池正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710025298.5
• 申請日: 2017-01-13
• 公開（公告）號: CN108269974B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 張學全;劉亞飛;陳彥彬;茹敏朝
• 申請（專利權）人: 北京當升材料科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 王崇

本發明公開一種多層次協同改性的鋰電池正極材料鎳鈷錳酸鋰及其制備方法。所制備的鋰電池正極材料鎳鈷錳酸鋰由以通式Li_aMn_1?x?y?zNi_xCo_yM¹_zM²_wO₂?(M³_tO_mt/2)表示的鋰過渡金屬復合氧化物粒子構成，其中，M¹元素主要分布于材料一次顆粒內部，M²元素主要存在于一次顆粒表面，M³元素主要存在于材料二次顆粒表面。該方法可以實現對材料二次顆粒表面、一次顆粒表面以及一次顆粒內部的多層次改性，所制備的材料具有良好的存儲特性、輸出特性和循環特性，滿足鋰離子電池特別是車用動力電池的使用要求。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池正極材料技術領域，具體涉及到一種多層次協同改性的鋰電正極活性物質鎳鈷錳酸鋰及其制備方法。

背景技術

發展電動汽車是應對燃油短缺和環境污染的有效手段。鋰離子電池由于具有循環壽命長、自放電率小、無記憶效應和綠色環保等突出優勢，而被廣泛用作電動汽車的動力源。但目前開發的車用動力電池能量密度普遍較低，難以滿足更長的續航里程要求，限制了其進一步的推廣。正極材料是動力鋰電的關鍵材料，其能量密度高低直接決定了電動汽車的續航里程。因此開發出高能量密度、長壽命、高安全的正極材料對動力鋰電、電動汽車的規模化商用至關重要。

在目前商業化的鋰離子電池正極材料中，鎳鈷錳酸鋰材料(NCM)以其較高的能量密度而得到越來越廣泛的應用。但該類正極材料在能量密度提高的同時，也帶來了諸多的技術難題：循環性能尤其是高溫循環性能劣化、安全性變差、堿性雜質含量高以及由此帶來的加工困難等問題，均需通過對材料進行改性加以解決。

目前體相摻雜和表面包覆是對NCM材料進行改性、提升其性能的常用手段。體相摻雜可以提高材料的熱穩定性、循環性能和倍率性能等，表面包覆通過將正極活性物質與電解液隔離開來而起到保護正極材料表面，提升材料性能的目的。目前涉及到鎳鈷錳酸鋰摻雜和包覆改性的專利較多，如專利CN104364944 A中提到使用Al、Ti等元素對NCM材料進行改性，改性元素部分以摻雜形式存在于材料內部，部分以包覆形式存在于材料表面，以該材料制備的電池具有優異的高速充電特性和壽命特性。專利CN101107735 B中提到采用W、Nb、Zr等元素對鎳基正極材料進行表面包覆，包覆后的材料具有更優異的間歇循環特性。但是這些手段均側重對材料的本體和/或表面進行改性，而忽視了材料的一次顆粒表面。實際使用過程中當電池循環一定周數后，正極材料發生開裂，電解液進入到材料顆粒內部，使包覆層失去應有的保護效果，電解液進一步侵蝕顆粒內部的一次顆粒表面，所發生的副反應使電池的性能迅速惡化。因此當前的摻雜和包覆在改善材料性能方面仍具有較大的局限性。

發明內容

本發明的目的旨在提供一種多層次協同改性的鋰電池正極材料鎳鈷錳酸鋰及其制備方法。該方法可以實現對材料二次顆粒表面、一次顆粒表面以及一次顆粒內部的多層次改性，所制備的材料具有良好的存儲特性、輸出特性和循環特性，滿足鋰離子電池特別是車用動力電池的使用要求。為實現上述目的，本發明是通過以下技術方案實現的。