[發(fā)明專利]一種鋰離子電池多元正極材料的制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201710028307.6
• 申請日: 2017-01-16
• 公開（公告）號: CN108269998A
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 茹敏朝;張學(xué)全;劉亞飛;陳彥彬;李珊珊
• 申請（專利權(quán)）人: 北京當升材料科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M4/36;H01M10/0525
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本發(fā)明公開了一種鋰離子電池多元正極材料的制備方法，制備得到的正極材料平均化學(xué)組成為：Li[Ni_xCo_yMn_zM_m]O₂·n[M′_wO]，x+y+z+m=1，0.0005≤m≤0.03，0.0005≤n≤0.05，M為Al、Y、Si、Zr、Ti、Mg元素中的一種或多種，M′為Al、Ce、Zr、Y、Yb、W、Ti、Si、B、Mg、La元素中的一種或多種。本發(fā)明通過優(yōu)化元素摻雜來穩(wěn)定晶粒層狀結(jié)構(gòu)，改善多元正極材料的倍率性能；通過表面附著的氧化物層避免了電解液對多元材料基體的腐蝕，提高了循環(huán)性能和熱存儲性能。此制備過程設(shè)備要求低，工藝簡單，成本相對低廉，適于工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子二次電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子電池多元正極材料的制備方法。

背景技術(shù)

作為近年來備受關(guān)注的鋰離子電池關(guān)鍵組成部分，正極材料的開發(fā)正在從鈷酸鋰、錳酸鋰，向鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰等多元材料方向發(fā)展，并且已經(jīng)成功應(yīng)用在IT、電動汽車、能量儲存裝置等領(lǐng)域。在PHEV/HEV電動汽車、航模、啟停電源等應(yīng)用場合，需要鋰離子二次電池大電流快速充放電，同時具備高容量、耐高溫、長壽命等特性。

然而，大電流充放電時會對正極材料結(jié)構(gòu)造成不可逆的破壞。為了穩(wěn)定正極物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)，通常需要通過摻雜和包覆對材料進行改性，即首先制備晶體結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定的摻雜內(nèi)核，再通過包覆來提高材料的壽命、穩(wěn)定性及可靠性。摻雜元素能夠穩(wěn)定正極材料的層狀結(jié)構(gòu)，但摻雜量少時穩(wěn)定能力較差，摻雜量多時反而會妨礙Li⁺的移動，造成材料倍率降低。因此，需選擇摻雜元素并優(yōu)化摻雜量，以改善正極物質(zhì)的組成來提高倍率特性。另外，包覆層會影響正極材料中Li⁺的脫出和嵌入，選擇合適的包覆元素和包覆方法，優(yōu)化包覆量，可在提高循環(huán)的同時減小對材料倍率特性的影響。

目前，在上述領(lǐng)域使用的多元正極材料主要為LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂，其它體系的多元正極材料因存在大倍率放電差、循環(huán)差、安全性低等原因未普遍使用。現(xiàn)有技術(shù)中有一些方案試圖解決上述問題。中國專利文獻CN102938459A采用模板法制備高倍率的鋰離子電池多元正極材料，通過縮短鋰離子脫出/嵌入提高正極材料倍率，但該方法步驟較多，工藝復(fù)雜。中國專利文獻CN105680015A采用稀土氧化物La₂O₃包覆多元正極材料LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂，通過增加包覆層厚度提高材料的高溫性能，但未對材料的倍率進行改善。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種鋰離子電池多元正極材料的制備方法，制備得到的正極材料能夠達到LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂的倍率、循環(huán)性能，同時可提升材料的比容量，降低成本，可用于PHEV/HEV電動汽車、航模、啟停電源等市場。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了一種鋰離子電池多元正極材料，該正極材料包括：摻雜內(nèi)核和氧化物層。

上述的多元正極材料具有α~NaFeO₂層狀結(jié)構(gòu)，平均化學(xué)組成為：

Li[Ni_xCo_yMn_zM_m]O₂·n[M′_wO]