[發明專利]一種高電壓鈷酸鋰正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201711063887.9
• 申請日: 2017-11-02
• 公開（公告）號: CN109461891B
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發明（設計）人: 李棟梁;劉亞飛;陳彥彬;岳鵬;陳寶海
• 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;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 11283 北京潤平知識產權代理有限公司
• 代理人: 王崇

本發明公開一種新型高電壓鈷酸鋰材料及其制備方法，屬于鋰離子電池正極材料領域。該材料具有核殼結構，內核為梯度鎳錳摻雜的鈷酸鋰顆粒，外殼為原位生成的具有稀土摻雜的尖晶石LiNi_0.5Mn_1.5O₄包覆層。本發明還涉及該材料的制備方法，一次燒結即可獲得內核梯度摻雜，表面原位包覆的鈷酸鋰材料，工藝簡單，操作過程可控，制備的鈷酸鋰材料在高電壓下具有更好的結構穩定性、更高的放電容量和優異的循環性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池正極材料技術領域，具體涉及一種高電壓鈷酸鋰正極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池憑借自放電小、能量密度高、無記憶效應等優勢，廣泛應用于移動電子設備、電動工具及電動汽車等多個領域。鋰離子電池的性能主要由正極材料的優劣決定，目前鈷酸鋰是市場上應用最為廣泛的正極材料之一。隨著科技的不斷進步，市場對鈷酸鋰的容量、循環和安全性能提出了更高的要求，即耐更高電壓的鈷酸鋰材料。而鈷酸鋰在較高電壓下隨著更多的鋰離子從晶格中脫出會引起結構的不穩定，加速與電解液的反應，造成內部結構坍塌，影響高電壓鈷酸鋰的使用壽命。

專利CN102583585A通過摻雜Mg、Al、Ti等惰性元素制備鈷酸鋰，提高了鈷酸鋰結構的穩定性，但惰性元素的使用導致材料容量倍率性能下降。專利CN10391561A則是通過包覆Mg、Al等改善鈷酸鋰顆粒的循環和高溫存儲性能，同樣Mg、Al等惰性元素的使用會帶來容量的降低及倍率等性能的劣化。

為了克服上述問題且實現高比能量，本發明提出一種高電壓鈷酸鋰正極材料。相對于傳統鈷酸鋰，本發明具有以下優勢：

1、本發明提供的鋰離子電池正極材料采用鎳錳二元活性物質進行摻雜，穩定內部結構的同時有效避免了惰性元素帶來的容量損失。

2、 本發明提供的鋰離子電池正極材料的制備方法，實現了正極材料的鎳錳元素含量從顆粒核心到表面逐漸遞增，核心具有較低的鎳錳含量，可實現正極材料對于高比容量的需求，同時由于鎳錳在顆粒表面的含量相對較高，材料顆粒表面包覆層與基體結合相對穩定。

3、本發明提供的鋰離子電池正極材料，材料表面包覆層具有尖晶石結構，相對層狀結構更耐高電壓；而且克服了惰性包覆層中Li⁺傳導能力差，包覆作用單一等缺陷，極大地減少了與電解液的副反應，也能夠滿足正極材料對于循環性能和安全性能的要求。

4、本發明提供的鋰離子電池正極材料的制備方法采用碳酸鹽沉淀法，相對傳統氫氧化物沉淀法，生成顆粒結構更加密實，球形度高；。而且工藝簡單，對設備要求低，成本相對低廉，適于工業化生產。

發明內容

本發明的目的之一是提供一種高電壓鈷酸鋰正極材料，該材料在高電壓下，特別是充電電壓大于4.5V（vs. Li)下，具有高放電容量，較優的循環和存儲性能。

本發明的另一目的是提供一種上述高電壓鈷酸鋰正極材料的制備方法。