[发明专利]磷酸铁锂包覆的镍钴锰酸锂及其制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池电极材料领域，公开了一种磷酸铁锂包覆的镍钴锰酸锂及其制备方法，所述制备方法包括：在溶剂热反应条件下，将镍钴锰酸锂与含有锂源、铁源和磷源的磷酸铁锂前驱体混合液的混合物进行热处理，将热处理后得到的产物进行固液分离，并干燥得到的固相，含有锂源、铁源和磷源的磷酸铁锂前驱体混合液中的溶剂为有机溶剂。本发明采用有机溶剂作为反应液，有效解决了镍钴锰酸锂三元材料，特别是高镍三元材料吸水严重的问题，从而制备出具有良好电化学性能的磷酸铁锂包覆的镍钴锰酸锂。

技术领域

本发明涉及一种锂离子二次电池正极材料及其制备方法，具体涉及一种磷酸铁锂包覆的镍钴锰酸锂及其制备方法。

背景技术

我国的新能源汽车产业伴随着政策暖风蓬勃发展，动力电池市场空间广阔。目前动力电池仍以磷酸铁锂电池为主，但其比能量有限，未来将难以满足乘用车在续航里程方面的需求。因此，追求高比能量是锂离子动力电池的重要研发方向。

目前，三元材料镍钴锰酸锂电池具有比容量高、成本较低、安全性能较好等特点，应用前景广阔。其以钴盐、锰盐、镍盐为原料，通过调配钴、锰、镍三者的比例来获得不同的电极特性。相比磷酸铁锂和低镍三元材料，高镍三元材料由于镍元素比例的提高，在比能量上有更大的优势。三元材料从一开始的LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂(NCM333)、LiNi_1/4Co_1/2Mn_1/4O₂(NCM424)，到LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂(NCM523)，再到LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂(NCM622)和LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(NCM811)，正逐步向着高镍含量三元材料的方向发展。但是三元材料的循环稳定性不够好、倍率性能较差，尤其是高镍三元材料，虽然提高了材料的电化学容量，但是也使得材料的循环稳定性降低，安全性变差，这些因素制约着其在动力汽车上的应用。高镍三元材料的安全性可以通过材料改性优化、表面包覆、调整电解液和负极材料等方式来逐步解决。目前改性高镍三元材料的方法主要是表面包覆。一开始是采用惰性物质进行包覆，虽然能改善高镍材料循环稳定性的问题，但是也会降低高镍三元材料自身的比能量。后来采用电化学活性物质进行包覆，在较少影响材料电化学容量的同时对材料进行改性。

磷酸铁锂具有较高的理论比容量、放电平台适中、极高的热力学和动力学稳定性、原料广泛、对环境友好等特点，但是该材料的离子电导率和电子电导率很低，因而限制了该材料的应用和发展。因此，有人试图应用磷酸铁锂与镍钴锰酸锂制备复合正极材料，以解决镍钴锰酸锂正极材料自身循环性能差的缺点。

例如，CN 104377353A公开了一种通过机械混合的方法制备均匀分散的磷酸铁锂与镍钴锰酸锂的复合正极材料。该方法包括将磷酸铁锂和镍钴锰酸锂分别与导电剂球磨，得到导电剂均匀包覆的正极材料，然后将表面包覆导电剂的磷酸铁锂和镍钴锰酸锂混合、球磨、过筛干燥、粉碎分级，得到磷酸铁锂与镍钴锰酸锂的复合正极材料。虽然该方法在一定程度上改善了镍钴锰酸锂锂离子电池的循环性能，但是该方法采用的是已成型的磷酸铁锂进行制备，并且机械混合容易造成混合不均匀、包覆不均匀的情况。

又如，CN 104733708A公开了一种通过水热法制备表面包覆磷酸铁锂的镍钴锰酸锂复合材料的方法，将采用该方法制备的表面包覆磷酸铁锂的镍钴锰酸锂复合材料应用于锂离子电池上，能够在一定程度上改善其循环性能和安全性能。

再如，CN 105552324A公开了一种磷酸铁锂包覆镍钴锰酸锂复合材料的制备方法，该方法将碳源、锂源、磷酸铁，以水作为介质进行机械搅拌，然后加入镍钴锰酸锂形成浆料，将该浆料经喷雾干燥、煅烧形成磷酸铁锂-镍钴锰酸锂复合正极材料。该方法存在过程复杂，能耗较大的问题。