[發明專利]一種改性高鎳類單晶鎳鈷錳酸鋰正極材料及其制備方法和鋰離子電池

在審

• 申請號: 202210555961.3
• 申請日: 2022-05-19
• 公開（公告）號: CN114784265A
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 邢婷;趙雪敏;張小慧;楊鵬;李彬;馮鑫;譚欣欣
• 申請（專利權）人: 巴斯夫杉杉電池材料有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M10/058;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: 魏龍霞

一種改性高鎳類單晶鎳鈷錳酸鋰正極材料及其制備方法，包括基材以及包裹于基材表面的含鋰包覆層，所述基材的化學式為Li_nNi_xCo_yMn_1?x?yM_zO₂，其中0.95≤n≤1.1,0.8≤x≤1，0.1≤y≤1，0.3≤z≤0.7，M為Ti、Mg、Al或Zr元素中的一種或多種；含鋰包覆層包括Li₃NbO₄，LiNbO₃，Li₂ZrO₃或LiAlO₂中的一種或多種；含鋰包覆層與基材中鎳鈷錳酸鋰化合物的質量比為0.2％～1.0％。本發明在高鎳類單晶基體上引入微量的摻雜元素M，通過一燒欠鋰，二燒補鋰結合包覆手段修復相結構的工藝，并調整摻雜元素M的元素摻雜量，使制備得到的正極材料鋰鎳混排值控制在1.7％至3.0％范圍內，能提高高鎳類單晶鎳鈷錳酸鋰正極材料的首次充/放容量和倍率性能，還能明顯改善高溫循環及高溫DCR增長性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池正極材料技術領域，具體涉及一種改性高鎳類單晶鎳鈷錳酸鋰正極材料及其制備方法和鋰離子電池。

背景技術

為了滿足不斷擴大的電動汽車等市場領域的需求，高能量及高功率密度鋰離子電池得到了極大的發展，其中，高鎳層狀正極材料作為鋰離子電池中不可或缺的組成部分，由于其面臨著高溫循環壽命差及高溫DCR增長過快的問題，關于材料的改性研究勢在必行。目前，主流的改性方法主要有摻雜和包覆兩大類。正如申請號為201210359842.7的專利中提到通過基體表面的雜質鋰鹽與包覆劑反應，在基體表面生成鋰離子導體化合物，從而得到表面改性的高鎳正極活性材料，不僅顯著降低了殘鋰，加工性能也得到了明顯的改善，而且循環性能和高溫脹氣現象得到了有效的改善。申請號為201710022538.6的專利通過將基材與第二鋰鹽、添加劑混合高溫燒結得到表面包覆快離子導體的單晶高鎳材料，兼顧了單晶材料和二次顆粒材料的優勢，不僅改善了容量、倍率、循環性能，還保留了單晶材料壓實大的優點。申請號為201910412431.1的專利通過濕法包覆高導電離子材料，提高了循環和倍率性能。

以上技術手段雖然能顯著改善循環等性能，但合成工藝復雜，且煅燒溫度較高，此外，新能源汽車對動力電池高倍率充放電性能要求越來越高，直流內阻DCR是影響鋰離子電池功率性能和壽命的重要因素，而以上專利針對本領域亟待解決的高溫DCR增長的問題并未提及，在很大程度上限制了產業化應用。

發明內容

本發明旨在通過精確調控摻雜元素的分布和采用經典元素的含鋰包覆劑，提供一種能提高首次充/放容量和倍率性能，還能明顯改善高溫循環及高溫DCR增長的高鎳類單晶鎳鈷錳酸鋰正極材料。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種改性高鎳類單晶鎳鈷錳酸鋰正極材料，包括基材以及包裹于基材表面的含鋰包覆層，所述基材的化學式為Li_nNi_xCo_yMn_1-x-yM_zO₂，其中0.95≤n≤1.1,其中0.8≤x≤1，0.05≤y≤0.1，0.002≤z≤0.3，M為Ti、Mg、Al或Zr元素中的一種或多種。

所述含鋰包覆層為Li₃NbO₄，LiNbO₃，Li₂ZrO₃或LiAlO₂中的一種或多種。

所述含鋰包覆層與基材的質量比0.2％～1.0％。

由改性高鎳類單晶鎳鈷錳酸鋰正極材料的XRD衍射圖譜可知其104峰的半峰寬值為0.07～0.08，晶胞體積值為350～425，經過XRD精修后得到的鋰鎳混排值為1.7％～3.0％。