[發明專利]一種鋰離子電池正極材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201810088934.3
• 申請日: 2018-01-30
• 公開（公告）號: CN108417790A
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發明（設計）人: 史俊;何磊;李道聰;夏昕
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 合肥市長遠專利代理事務所(普通合伙) 34119
• 代理人: 段曉微;葉美琴

本發明公開了一種鋰離子電池正極材料，所述鋰離子電池正極材料包括含有三元鎳鈷錳氧化物的內核相層和含有鉻酸鋰的表面包覆層。本發明還公開了一種鋰離子電池正極材料的制備方法和應用。本發明鋰離子電池正極材料在鎳鈷錳三元正極材料的基礎上包覆了一層鉻酸鋰，包覆層能夠有效抑制材料與電解液間的副反應，極大改善了材料的循環性能和安全性能。本發明的鋰離子電池正極材料具有高循環性能和高安全性能，還可以提高電極的比容量。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，具體涉及一種鋰離子電池正極材料及其制備方法和應用。

背景技術

能源危機是現今全球共同面對的一大發展難題，它阻礙了人類社會工業化信息化的進一步發展，所以它迫使著人們去尋找新的可循環使用的綠色能源。在20世紀80年代，鋰離子電池應運而生。相比較傳統鉛酸電池、鎳鎘電池及鎳氫電池而言，它有著高放電電壓、高容量、無記憶效應、體積小、優良的循環性等突出優點，所以受到了廣泛關注而發展迅速。而隨著鋰離子電池的不斷發展，它的應用領域也逐漸變大，不僅包括移動電話、筆記本電腦、攝像機、數碼相機等民用領域，也逐漸涉及到了軍事領域。現在，國內外都在研究大容量鋰離子電池應用到電動汽車、航天和儲能等行業中去。鋰離子電池正極材料作為影響鋰離子電池整體電化學性能發揮的最重要因素，它的發展瓶頸也就是鋰離子電池發展的瓶頸。所以，有著高能量密度、高工作電壓、好循環性能和安全性能的鋰離子正極材料的制各和應用正在成為全世界的關注的焦點。

Li[Ni,Co,Mn]O₂系列材料簡稱三元材料較好地兼備了鋰鈷氧、鋰鎳氧、鋰錳氧的優點，并在一定程度上彌補了各自的不足，具有高比容量、循環性能穩定、成本相對較低、安全性能較好等特點。通過引入鈷，能夠減少陽離子混合占位情況，有效穩定材料的層狀結構；通過引入錳，可提高材料的容量通過引入，不僅可以降低材料成本，而且還可以提高材料的安全性和穩定性。因此，該材料被認為是能取代LiCoO₂的最好的正極材料。

Li[Ni,Co,Mn]O₂的良好物理性能與電化學性能，使得在它在便攜式電源用鋰電方面成為替代LiCoO₂最理想的材料，但是Li[Ni,Co,Mn]O₂的高倍率性能并不是很理想，阻礙了它在混合型動力電源上的應用，這主要與材料的電子電導率有關。另外該材料在高充放電電壓下，循環穩定性較差。

發明內容

基于背景技術存在的技術問題，本發明提出了一種鋰離子電池正極材料及其制備方法和應用，本發明的鋰離子電池正極材料具有高循環性能和高安全性能，還可以提高電極的比容量。

本發明提出了一種鋰離子電池正極材料，所述鋰離子電池正極材料包括含有三元鎳鈷錳氧化物的內核相層和含有鉻酸鋰的表面包覆層。

優選地，所述鋰離子電池正極材料的化學式為Li_xNi_aCo_bMn_cCr_dO₂，其中，1≤x≤l.07，0<a<l，0<b<1，0<c<1，0.01≤d≤0.10，且a+b+c+d＝1。

優選地，化學式中，0.02≤d≤0.04。

優選地，所述含有鉻酸鋰的表面包覆層的厚度為10-100nm。

本發明還提出一種所述鋰離子電池正極材料的制備方法，包括如下步驟：

S1、將鎳、鈷、錳的硫化物溶液混合配制成混合溶液，然后將混合溶液、NaOH溶液、氨水溶液混合攪拌，發生反應后獲得沉淀物，將沉淀物抽濾、干燥，然后在燒結氣體氛圍下，將三元前驅體進行燒結處理，得到鎳鈷錳氫氧化物，即三元前驅體；

S2、將鋰源、燒結后的三元前驅體混合球磨，得到混合粉料，接著將混合粉料進行燒結后得到鎳鈷錳三元材料；