[發明專利]一種含有微量元素的單晶三元正極材料

在審

• 申請號: 201910854039.2
• 申請日: 2019-09-10
• 公開（公告）號: CN110699744A
• 公開（公告）日: 2020-01-17
• 發明（設計）人: 盧定民;徐伯雄;鄭風云;同小博
• 申請（專利權）人: 龍能科技(蘇州)有限責任公司
• 主分類號: C30B1/10
• 分類號: C30B1/10;C30B29/22;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 32103 蘇州創元專利商標事務所有限公司
• 代理人: 范晴;范成驥

本發明屬于鋰離子電池材料領域，要求保護一種含有微量元素的單晶三元正極材料及其制備方法，該正極材料的通式為LiNi_xCo_yMn_1?x?y(M+N)z O₂,其中：0.3≤x≤0.75,0.15≤y≤0.3,0≤z≤0.1,M元素和N元素分別選自Mg、Ti、Al、Zr、La、Y、W、Mn、Ba的至少一種，單晶三元正極材料的平均粒徑為3.0μm?8.0μm。本發明通過復合摻雜和包覆微量元素化合物的一種或幾種，可以有效的減少三元正極的鋰鎳混排，使材料的循環性能、放電電壓、倍率性能等進一步提高，同時保持了單晶三元材料充電電壓高、壓實密度大的優點。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，更具體地說，是涉及含有微量元素高電壓單晶鎳鈷錳酸鋰正極材料,尤其涉及微量元素摻雜和包覆高電壓單晶鎳鈷錳酸鋰正極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池是一種新型的綠色電源，具有比能量高，體積小，循環性能強等優點，鋰離子商品化的正極材料主要有鈷酸鋰，錳酸鋰，磷酸鐵鋰和鎳鈷錳三元正極材料。

其中，鎳鈷錳酸鋰三元正極材料由于其高的能量密度受到了人們的青睞，特別是高鎳基的三元材料，其比容量可達到200mAh/g。該鎳鈷錳酸鋰的化學式為Li(Ni_aCo_bMn_1-a-b)_1-xY_xO2，其中0≤x≤0.1,0.3≤a≤0.8,0.05≤b≤0.4。但是鎳鈷錳酸鋰正極材料面臨結構穩定性差，高電壓循環過程中容量快速衰減等問題，因而限制了其在商業中的應用。

鎳鈷錳三元正極材料主要有二次球型和單晶型兩類，其中二次球型三元正極材料由于結構牢固性差，在較大壓力下易破碎，并且在高電壓下副反應多，結構坍塌，導致氣脹等安全問題，而單晶型三元正極材料比表面積小，一次顆粒大，副反應少，壓實密度大，能夠提高材料高電壓下容量的發揮，延長電池循環壽命；但是，在長時間使用后，容易發生陽離子混排，Ni²⁺、Li⁺互相占位，阻礙Li⁺傳輸和破壞材料晶體結構，并且Li⁺傳在晶界之間的傳達能力較差，導致材料的循環壽命和容量造成極大的危害，單晶型三元正極材料循環效率降低，顆粒出現粉化現象。

發明內容

針對上述的現有技術鎳鈷錳三元正極材料使用后出現的混排的缺陷，本發明目的在于提供一種提高高電壓下循環效率的含有微量元素的單晶鎳鈷錳酸鋰正極材料的制備方法。

為了解決目前現有技術中的這些問題，本發明提供的技術方案是：本發明一種微量元素復合摻雜和包覆高電壓單晶三元正極材料，其通過如下制備方法得到：

1)將鎳鈷錳三元前驅體、鋰鹽和M元素化合物混合，使用球磨混料機或機械混料機使物料混合均勻，一次燒結，得到單晶三元正極材料A；

2)將單晶三元正極材料A進行粉碎過篩，加入N元素化合物，使用球磨混料機或機械混料機使兩種物料混合均勻，二次燒結，得到本發明的單晶鎳鈷錳酸鋰正極材料；

該正極材料的通式為LiNixCoyMn1-x-y(M+N)zO₂,其中，0.3≤x≤0.75,0.15≤y≤0.3,0≤z≤0.1,M元素和N元素分別選自Mg、Ti、Al、Zr、La、Y、W、Mn、Ba中的一種。

優選的，所述步驟1)中，鋰鹽與鎳鈷錳三元前驅體的摩爾比為1.03～1.13。

鎳鈷錳三元前驅體為Ni_xCo_yMn_1-x-y(OH)₂,0.3≤x≤0.75,0.15≤y≤0.3。