[發明專利]一種錳包覆改性鋰電池三元正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710432219.2
• 申請日: 2017-06-09
• 公開（公告）號: CN107039650A
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 陳彥彬;張超;劉亞飛
• 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;H01M4/62;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司11260
• 代理人: 鄭立明,李闖

技術領域

本發明涉及鋰電池正極材料技術領域，尤其涉及一種錳包覆改性鋰電池三元正極材料及其制備方法。

背景技術

鋰電池具有電壓高、比能量高、充放電壽命長、無記憶效應、對環境污染小、自放電率低等優點，因此在市場上具有廣泛的應用，而且對鋰電池的要求也隨著社會的進步不斷提高。鋰電池正極材料是鋰電池核心部件之一，通常占整個鋰電池成本的40％左右，但鋰電池正極材料的發展狀況相比于鋰電池負極材料較為滯后，因此制備高比容量、安全廉價的鋰電池正極材料是鋰電池行業的發展重點之一。

目前，產業化應用較廣泛的鋰電池正極材料主要有鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、尖晶石錳酸鋰和三元正極材料。其中，鈷酸鋰在3C電子產品市場占有重要的地位，而磷酸鐵鋰和尖晶石錳酸鋰主要應用于電動汽車領域。近年來，三元正極材料的迅速發展并搶占了鋰電池正極材料的部分市場，其中代表性的三元正極材料有LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂、LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂和LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂。這些三元正極材料具有與鈷酸鋰一樣的α-NaFeO₂型層狀結構，而且還具有明顯的Ni-Co-Mn協同作用：①Ni元素是主要的活性物質，能夠提供更高的可逆容量；②Co元素能夠穩定材料的層狀結構并抑制陽離子混排，提高正極材料的導電性能和循環穩定性；③Mn元素可以有效提高材料的安全性能并降低成本，因此三元正極材料成為最具前景的鋰電池正極材料之一。

三元正極材料也存在一些缺點，例如：三元正極材料表面的LiOH和Li₂CO₃含量較高，高電壓下容量衰減較快，安全性能較差，因此需要對三元正極材料進行改性，而表面包覆是改善三元正極材料性能的有效途徑之一。在現有技術中，為了提高鋰電池的安全性能，通常采用三元正極材料與錳酸鋰摻混的方式來提高鋰電池的安全性能(例如：專利US6808848B2公開的錳酸鋰摻混高鎳正極材料制備動力電池用正極材料)，但這種制備工藝并未改性三元正極材料本身的性能，而且制備成本較高。

發明內容

針對現有技術中的上述不足之處，本發明提供了一種錳包覆改性鋰電池三元正極材料及其制備方法，不僅能夠使鋰電池三元正極材料的循環性能、熱穩定性、電化學性能和安全性能得到大幅提高，而且能夠改善電池制備過程中的加工性能，簡化制備工藝，節約生產成本。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種錳包覆改性鋰電池三元正極材料，由三元正極材料、錳源、添加劑和鋰源混合在一起后燒結而成；其中，所述添加劑為氧化物、氫氧化物、羥基氧化物、羧酸基氧化物、草酸鹽或碳酸鹽中的至少一種，并且所述添加劑的陽離子為B、Na、Mg、Al、Si、Ti、Fe、Co、Ni、Zn、Cr、Zr、Ce、Mo、Y、V、Ga、Ge、Sc、Nb、Sn、Te、La、W中的至少一種元素的陽離子。

優選地，所述錳源中的錳元素與所述三元正極材料中過渡金屬元素的摩爾比為0.0001～0.2:1；所述添加劑中的金屬陽離子與所述三元正極材料中過渡金屬元素的摩爾比為0.00001～0.02:1；所述鋰源中的鋰元素與所述三元正極材料中過渡金屬元素的摩爾比為0.0001～0.4:1。

優選地，所述三元正極材料為Li_aNi_xCo_yMn_zO₂，其中，0.9≤a≤1.2，x+y+z＝1，0.5≤x＜1，0＜y≤0.25，0＜z≤0.25。

優選地，所述的錳源為一氧化錳、二氧化錳、三氧化二錳、四氧化三錳、碳酸錳、堿式碳酸錳、羥基氧化錳、草酸錳中的至少一種。

優選地，所述的鋰源為碳酸鋰、氫氧化鋰中的至少一種。