[发明专利]一种改性高镍正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，尤其涉及一种改性高镍正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有无记忆效应、高安全性、高比能量、自放电率低等优点，广泛应用于移动设备、笔记本电脑、手机通信以及动力电池等领域。目前，动力电池面临续航里程短、循环性能差和安全性不足等问题，严重制约了其快速发展与应用。高镍正极材料具有高比容量、价格低廉以及较好的环境友好性等优点，成为最具前景的高容量锂离子电池正极材料之一，倍受外界广泛关注。然而，高镍正极材料存在较差的循环稳定性、热稳定性以及储存性能等缺点，严重阻碍了其商业化应用。

高镍三元正极材料具有a-NaFeO₂型层状结构，属于R3m空间群，是通过用Co、Mn、Al、Ti等金属元素取代LiNiO₂中部分Ni元素而得到的固溶体氧化物，能够大大降低其非化学计量比，稳定层状结构，提高电化学性能，但是其仍一定程度上保留了LiNiO₂的诸多缺点，比如在制备过程中，高温下易发生相变和分解反应、锂盐易挥发导致锂缺陷产生以及Ni²⁺难以氧化完全等。同时，充放电过程中结构会发生不可逆相变，循环性能恶化。

针对高镍正极材料以上缺点，人们做了大量的改性研究，试图兼具高比容量和高稳定性两方面的优势，加快其商业化步伐。常用的改性方法主要包括掺杂、包覆以及制备特殊结构的材料等。目前，国内外有许多文献和专利报道了Al2O₃、ZnO、AlF₃、TiO₂等金属氧化物包覆高镍正极材料。如申请号为201310472472.2的中国专利公开了锂离子电池及其多元正极材料、制备方法，该方法首先合成镍钴锰氢氧化物前驱体，接着对其表面Ti掺杂和锂化处理，最后进行表面Mg掺杂和Al₂O₃包覆处理，最终得到复合改性的多元锂离子正极材料。该方法能有效提高材料的高温性能，但制备流程过于复杂，成本较高，不利于产业化生产。

因此，为了突破高镍正极材料的商业化瓶颈，研究一种在高容量的基础上具有高的稳定性改性高镍正极材料，且制备方法可控和重复性好至关重要。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种改性高镍正极材料及其制备方法，本发明提供的改性高镍正极材料具有较好的电化学性能且制备方法简单。

本发明提供了一种改性高镍正极材料，由高镍材料和包覆在高镍材料表面的金属复合氧化物组成，其中，所述金属复合氧化物具有尖晶石型结构。

优选的，所述高镍材料的通式为：LiNi_xCo_yM_1-x-yO₂；

其中，0.6≤x≤0.95，0.05≤y≤0.4，M为Mn、Al、Mg、Ti、Zr、Nb和V中的一种或几种。

优选的，所述具有尖晶石型结构金属复合氧化物的通式为AB₂O₄，其中，A为二价金属阳离子；B为三价金属阳离子。

优选的，所述二价金属阳离子为Zn²⁺、Ni²⁺、Co²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺和Cu²⁺中的一种或几种；

所述三价金属阳离子为Al³⁺、Cr³⁺、Fe³⁺、Mn³⁺、In³⁺、V3⁺和Ga³⁺中的一种或几种。

优选的，所述高镍材料与所述金属复合氧化物的质量百分比为(90～99.9)：(0.1～10)。

本发明还提供了一种改性高镍正极材料的制备方法，包括：

1)将金属盐溶液、络合剂溶液和沉淀剂溶液并流加入高镍材料分散液中，得到混合溶液，并调节混合溶液的pH值使其维持在碱性范围，加热得到改性高镍正极材料前驱体；

2)对步骤1)得到的改性高镍正极材料前驱体进行煅烧，得到改性高镍正极材料。

优选的，所述金属盐溶液由二价金属盐溶液和三价金属盐混合得到；