[發明專利]一種高鎳三元正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202011243928.4
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112103496B
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 陳威;周友元;任荇;黃承煥;周耀
• 申請（專利權）人: 湖南長遠鋰科股份有限公司;金馳能源材料有限公司
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 北京天盾知識產權代理有限公司 11421
• 代理人: 李瓊芳;肖小龍

本發明提出了一種高鎳三元正極材料及其制備方法，屬于鋰離子電池材料技術領域。所述高鎳三元正極材料，其化學通式為LiNi_xCo_yMn_(1?x?y?z)M_zO₂，Sr呈熔融態包覆或無包覆層富集在材料表面，由外而內濃度降低，形成梯度摻雜。本發明采用一次燒結摻雜、二次Sr包覆、一次包覆劑包覆的工藝，制備得到的高鎳三元正極材料可以應用在4.35V以上的高電壓體系中，具備高容量和良好的循環穩定性。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池材料領域，特別涉及一種高鎳鋰離子電池正極材料及其制備方法。

背景技術

隨著3C類以及動力鋰離子電池市場的發展，對于高容量的鋰離子電池的需求日益迫切。提升鋰離子電池容量的方法主要有兩種：一種是提升Ni的含量；另一種是提升電池的充電電壓。提升Ni含量，材料的結構穩定性和安全性能會進一步劣化，開發難度大。比如，高鎳三元正極材料NCM811一般應用的電壓范圍在4.2~4.25V，但如果要達到更高容量，應用的電壓范圍勢必提升到4.35V以上，而NCM811不能滿足4.35V以上高電壓體系測試的要求。因此，急需開發出一款可以適用于高電壓體系的高鎳三元正極材料。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種高鎳三元正極材料及其制備方法，該正極材料可以用于高電壓體系。

本發明的解決方案是這樣實現的：

一種高鎳三元正極材料，其化學分子通式為LiNi_xCo_yMn_(1-x-y-z)M_zO₂，其中，0.76≤x≤0.97，0.02≤y≤0.15，0＜z≤0.05，x+y+z＜1，M為選自Sr和Al、W、Ti、Mg、Zr、Ba、V、Mo、F、B、Y、La中的一種或多種，Sr富集在材料表面，由外而內濃度降低，形成梯度摻雜。所述高鎳三元材料，Sr在材料表面熔融態包覆或無包覆層，通過對三元材料從顆粒表面到內部不同深度的XPS分析，Sr元素占總金屬元素重量比，隨著深度的增加呈現下降趨勢。顆粒表層Sr元素的含量明顯高于顆粒內部Sr元素的含量。

本發明的另一解決方案是提供上述高鎳三元正極材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟S1，將高鎳三元前驅體Ni_xCo_yMn_(1-x-y)(OH)₂或Ni_xCo_yMn_(1-x-y)O₂（0.8≤x≤0.97，0.02≤y≤0.15，x+y＜1）與Li源及含M的添加劑混合，進行一次燒結，隨后冷卻、粉碎、過篩，得到一燒品；

作為優選，所述Li源為LiOH·H₂O、LiOH、L_i2O或Li₂CO₃中的一種或多種。

作為優選，所述含M的添加劑為Sr以及Al、W、Ti、Mg、Zr、Ba、Y、La的氧化物或氫氧化物中的一種或多種。M的添加量與正極材料的摩爾含量比為a，0＜a＜0.03。

進一步地，所述燒結在氧氣氣氛下進行，升溫速度為0.5~10℃/min，進一步優選為1~3℃/min；升溫至650~900℃，恒溫8~20h，進一步優選為10~15h。