[發明專利]一種復合包覆改性的高鎳NCA正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110703573.0
• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN113363492B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發明（設計）人: 蔡振勇;李艷;鄒強
• 申請（專利權）人: 巴斯夫杉杉電池材料有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 楊斌

本發明提供了一種復合包覆改性的高鎳NCA正極材料及其制備方法，所述NCA正極材料以三元材料為基體，在基體的表面包裹有由LiCoO₂與Co₂O₃組成的復合包覆改性層。制備方法為：將鎳鹽溶液、鈷鹽溶液、氫氧化鈉溶液及氨水溶液發生共沉淀反應得到鎳鈷氫氧化物前驅體；將得到的鎳鈷氫氧化物前驅體與鋰源、M源混合均勻，然后在氧氣氣氛中燒結，后冷卻至室溫，粉碎過篩后得到一燒基體；將得到的一燒基體與去離子水混合后，加入鈷源，并調節pH值，然后過濾、干燥，再置于氧氣氣氛中反復升溫降溫的燒結，燒結后冷卻過篩后得到復合包覆改性的高鎳NCA正極材料。所得的NCA正極材料容量高、循環性能好。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池材料技術領域，尤其涉及一種復合包覆改性的高鎳NCA正極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池由于具有能量密度高、放電電壓較為穩定、無記憶效應、工作溫度范圍寬、無污染、循環壽命長、安全性能好等諸多優點，自問世以來，即被應用于各種耗電設備中。近年來鋰離子電池在電動汽車、電動自行車等電動工具上也被廣泛應用，但隨著電動工具的升級換代，對鋰離子電池容量、使用壽命及安全性能也提出了更高的要求。因而目前鋰離子電池的研發主要分為兩個方向：一是逐步提高鋰離子電池的能量密度，二是在滿足電池能量密度的同時，提高鋰離子電池的使用壽命和安全性能。鋰離子電池體系中，正極材料的容量和循環性能很大程度上限制了全電池的能量密度與使用壽命。相較傳統鈷酸鋰正極材料和磷酸鐵鋰正極材料，高鎳三元NCA正極材料具有高理論容量、低成本以及高電壓等潛在優勢，是目前鋰離子電池正極材料領域的研究熱點，有非常廣的市場潛力。

為了改善高鎳三元NCA正極材料的容量、循環以及安全性能，常用的改性手段包括利用各種金屬元素或非金屬元素進行摻雜和包覆。公開號為CN106532038A的中國專利，公開了一種鎳鈷鋁酸鋰正極材料的制備方法，其通過在燒結工藝中加入自鋁、鎂、鋇、鋯等金屬元素，提高了循環性能和高溫存儲性能，但是其容量偏低。上述專利中所列舉的幾種包覆元素，雖然實現產業化已有較長時間，但是各大正極材料廠商在此基礎上進行研發，包括調控鋰配比、包覆量、燒結溫度、其他工藝參數以及引入新工藝，均難以突破容量偏低的桎梏。

由此，為了提高NCA正極材料的容量，有研究者想到利用同為正極材料的鈷酸鋰作為包覆物質。如公告號為CN 107946578 B的中國專利，公開了一種鈷酸鋰包覆的鎳鈷鋁酸鋰正極材料及其制備方法，該方法成功地提高了正極材料的容量，但是其循環性能卻無法滿足現有應用標準。Li⁺在鋰離子電池的充放電過程中會從正極材料中脫出和嵌入，而進一步研究發現作為包覆層的LiCoO₂的Li⁺也會參與此過程，看似鈷酸鋰作為包覆層其本身化學性質較為穩定，理應在提高容量的同時還能改善循環。但是，實際上當包裹層中的LiCoO₂中的鋰離子脫出大于50％時，O^2-可能被還原，進而導致晶格中氧損失，循環性能衰減，安全性能下降。即包覆層中的鈷酸鋰在變成缺鋰態后，其晶格結構也將發生逐漸發生變化，使其包覆層不再穩定，從而難以阻止正極材料和電解液之間發生的副反應。因此，如何研發一種容量高、循環性能好的NCA正極材料成為當今社會亟待解決的問題。

發明內容

本發明正是基于現有技術的技術缺陷，提供了一種復合包覆改性的的NCA正極材料及其制備方法，以解決NCA正極材料容量低、循環性能差的問題。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案如下：一種復合包覆改性的高鎳NCA正極材料，所述NCA正極材料以三元材料為基體，在基體的表面包裹有復合包覆改性層；