[發明專利]一種原位摻雜高鎳正極材料的制備方法

在審

• 申請號: 202010891850.0
• 申請日: 2020-08-27
• 公開（公告）號: CN112174224A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 余永言;毛秦鐘;徐萬潤;劉煥朝;尚鵬坤;吉同棕;王寅峰;錢志挺;吳海軍
• 申請（專利權）人: 浙江美都海創鋰電科技有限公司
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京匯捷知識產權代理事務所(普通合伙) 11531
• 代理人: 李宏偉

本發明涉及一種原位摻雜高鎳正極材料制備方法，包括以下步驟：(1)將鎳、鈷、錳的可溶性鹽、摻雜劑A以及一定濃度氨水按一定比例制備出球形NCM三元前驅體；(2)將前驅體和鋰源混合均勻，進行一次燒結，燒結溫度為800～950℃，然后進行鄂破、對輥、粉碎、過篩，得到單晶高鎳材料；(3)將一次燒結料與一定量包覆劑B進行干法包覆，然后在富氧條件下進行二次燒結，燒結溫度為550～750℃，經粉碎過篩后得到高鎳單晶NCM三元正極材料。本發明中采用前驅體原位摻雜，可以促進在燒結過程中一次顆粒的快速長大，獲得大尺寸單晶，提高材料的壓實密度，以及在電化學過程中，具備優異的高溫循環性能。

技術領域

本發明涉及新能源汽車用鋰離子動力電池技術領域，具體涉及一種原位摻雜高鎳正極材料的制備方法。

背景技術

高容量、高電壓、長循環、低成本是目前三元鋰離子動力電池的發展趨勢，NCM111、NCM424、NCM523以及NCM622等體系產品雖然制備技術較為成熟，但其產品容量以及生產成本已經很難在高端技術領域形成競爭力。降低鈷含量，提高鎳含量是目前三元鋰離子電池發展的趨勢。

高鎳三元正極材料具有一些不可避免的缺陷，高溫循環性能差，電子電導率低，Li/Ni混排造成倍率下降，一般采用摻雜和表面包覆等措施來改善材料電化學性能。在實際生產中一般采用前驅體與摻雜劑干法混合摻雜，這種方法在一定程度上很難做到均勻混合。前驅體原位摻雜是目前研究的熱點，此方法可做到在前驅體制備過程中將摻雜劑均勻摻雜在前驅體中。

目前NCM三元鋰離子電池正極材料以單晶和二次球顆粒形態為主，二次球顆粒形態的NCM正極材料壓實密度低，高溫循環性能差，在充放電過程中容易出現二次球顆粒破碎與結構坍塌的現象，是的電池內部副反應加劇，電池性能變差。

本發明針對高鎳三元材料存在的以上問題，開發了一種原位摻雜高鎳單晶正極材料，具有結構穩定、壓實密度高，循環性能好，表面游離鋰含量低等優點，使得產品在市場中具有較強的競爭優勢。

發明內容

高容量、長循環、低成本是目前三元鋰離子電池正極材料市場競爭的核心，本發明通過前驅體摻雜A來降低燒結溫度，從而降低成本，并且低溫燒結可提升材料容量，并且摻雜劑A有利于提升材料的循環性能，Ni_0.83Co_0.07Mn_0.1O₂本身是一種高容量單晶正極材料，擁有較好的循環性能，二次燒結包覆添加劑B可以明顯提升材料的循環性能。

基于以上現有技術，本發明的目的在于提供一種原位摻雜高鎳正極材料的制備方法，該材料為具備高容量、長循環、高安全性、低成本的正極材料，

為了實現以上目的，本發明采用的技術方案為：

一種原位摻雜高鎳正極材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將鎳、鈷、錳的可溶性鹽、摻雜劑A以及氨水混合進行共沉淀反應，制備出球形NCM三元前驅體；

(2)利用單軸式犁刀混合機將高鎳前驅體和氫氧化鋰混合均勻，將混合粉末進行一次燒結，然后進行鄂破、對輥、粉碎、過篩，得到一次燒結料；

(3)將一次燒結料與包覆劑B進行干法包覆，然后在富氧條件下進行二次燒結，燒結后經粉碎過篩后得到高鎳NCM三元正極材料。

為了更好的實現本發明，進一步的，步驟(1)中鎳離子、鈷離子、錳離子的總濃度為0.4～2.5mol/L；氨水濃度：0.1～0.5mol/L；摻雜劑A為ZrSO₄、SrSO₄、MgSO₄、CaSO₄中的至少一種；其中，摻雜劑用量為：摻雜劑金屬陽離子：鎳鈷錳陽離子摩爾比＝1:(100～1000)。