[發明專利]一種鋰電池用高鎳三元正極材料、制備方法及鋰電池

在審

• 申請號: 202310001804.2
• 申請日: 2023-01-03
• 公開（公告）號: CN116230882A
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 陳玉超;邵洪源;張玉軍;涂文哲;張潔
• 申請（專利權）人: 萬華化學集團電池科技有限公司;萬華化學（四川）電池材料科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/525;H01M4/505;H01M4/485;H01M4/58;H01M10/0525
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1.一種鋰電池用高鎳三元正極材料，其特征在于，所述高鎳三元正極材料為核殼結構，包括內核及從內向外依次包覆于內核表面的第一包覆層和第二包覆層；所述內核為鎳鈷錳酸鋰或鎳鈷鋁酸鋰，所述第一包覆層為橄欖石結構的磷酸錳鐵鋰，所述第二包覆層為橄欖石結構的磷酸鐵鋰；優選地，所述內核為Zr摻雜的鎳鈷錳酸鋰或鎳鈷鋁酸鋰。

2.權利要求1所述的鋰電池用高鎳三元正極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)按照前驅體中鎳鈷錳或鎳鈷鋁總摩爾量與鋰源中鋰元素的摩爾比為1:Me的比例稱取前驅體、鋰源，將前驅體、鋰源和任選的納米氧化鋯粉末在球磨機中混合3～5h，得到均勻的混合料；優選地，按照納米氧化鋯粉末中鋯的質量占前驅體中鎳鈷錳或鎳鈷鋁總質量的0.3％稱取納米氧化鋯；

(2)將步驟(1)的混合料燒結，1～5℃/min升至溫度T℃，保溫t小時，燒結后將物料粉碎過篩，得到高鎳三元正極材料的內核任選的Zr摻雜的鎳鈷錳酸鋰或鎳鈷鋁酸鋰，所述內核的表面含有占內核質量分數為a的LiOH和占內核質量分數為b的Li₂CO₃；

(3)將步驟(2)的粉碎過篩料和鐵源、磷源、錳源按照一定比例稱取后在球磨機中混合3～5h，得到混合料；

(4)將步驟(3)中的混合料進行燒結，1～5℃/min升至溫度T1℃，保溫t1小時，得到第一包覆層；然后繼續1～5℃/min升至溫度T2℃，保溫t2小時，得到第二包覆層；燒結后的物料直接過篩，得到最終的鋰電池用高鎳三元正極材料。

3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中所述前驅體的分子式為[Ni_xCo_yM_1-x-y](OH)₂，其中M＝Mn和/或Al，0.6≤x＜1，0＜y＜0.4；優選地，所述鋰源為碳酸鋰、氫氧化鋰或醋酸鋰中的至少任一種。

4.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述Me的取值范圍為1.01≤Me≤1.08；優選地，1.03≤Me≤1.06。

5.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述內核的化學通式為Li[Ni_xCo_yM_1-x-y]O₂，為α-NaFeO₂相晶體結構，其中M＝Mn和/或Al，0.6≤x＜1，0＜y＜0.4；其中：

0.6％≤a≤1.2％；優選地，0.8％≤a≤1.0％；

0.3％≤b≤1.0％；優選地，0.5％≤b≤0.8％。

6.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)或步驟(4)中：溫度T的范圍為：500℃≤T≤1000℃；優選為700℃≤T≤900℃；

溫度T1的范圍為：500℃≤T1≤800℃；優選為600℃≤T1≤700℃；

溫度T2的范圍為：500℃≤T2≤800℃；優選為700℃≤T2≤800℃；

且50℃≤T2-T1≤150℃；

保溫時間t的范圍為：8h≤t≤20h；優選為10h≤t≤15h；

保溫時間t1的范圍為：5h≤t1≤15h；優選為8h≤t1≤12h；

保溫時間t2的范圍為：5h≤t2≤15h；優選為8h≤t2≤12h。

7.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟(4)中第一包覆層的化學通式為LiMn_xFe_1-xPO₄，第二包覆層的化學通式為LiFePO₄，均為橄欖石結構，其中：0.3≤x≤0.9；更優選地，0.5≤x≤0.7。