[发明专利]一种高性能富锂单晶多元正极材料的制备方法

说明书

本发明揭示了一种高性能富锂单晶多元正极材料的制备方法，复合材料由Li(NiaCobMnc)1‑xMxO2(0≤x≤1)和附着在其表面的ATO外包覆层组成，包括以下步骤：步骤一，M掺杂富锂单晶多元正极材料基体的合成；步骤二，ATO包覆液的制备；步骤三，ATO表面处理；步骤四，二次烧成。一是采用M氧化物进行体相掺杂，可得到较高的首次充放电比容量，并且允许大电流放电；二是在体相掺杂M元素的同时，进行表面高导电性ATO材料的包覆，降低颗粒表面电阻率，优化导电性能，且外层ATO包覆膜可形成对内层基体的保护，减少电解液对基体材料的腐蚀，改善材料的循环性能。利用此方法所制备的材料首次放电容量更高，同时显著提高了电池的倍率性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种高性能富锂单晶多元正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池三元正极材料(NCM)自被发现以来，就因其具有较高的容量(理论容量高达270mAh/g)、优良的安全性能、低廉的价格优势等因素而得到了研究者的广泛关注。然而，团聚形貌的三元材料因其结构牢固性差，在高压实条件下，二次球容易破碎，致使材料内部颗粒裸露，副反应增加和金属离子溶出加剧，导致电性能特别是使用寿命下降。因此，单晶材料应运而生，不仅仅增强了正极材料的稳定性，也可以将整个体系的电压提升到一个新的高度。单晶材料在结构稳定性上具备很大的优势，但其倍率性能发挥有待提升，需要作进一步改性处理。

表面包覆是改善三元材料上述缺陷的一种重要手段，包覆层种类和包覆手段是决定包覆效果的关键因素。最佳的包覆层材料需要具备以下特征：(1)材料具备良好的电化学活性及良好的电子导电性；(2)材料的一次颗粒均一且颗粒尺寸越小越好，如果材料形成了二次颗粒则需具备易分散特性。目前，已报道的表面包覆材料有碳单质(有机物)、氧化物和一些锂盐等，但材料大多易团聚，分散性差，导致包覆不均匀，产业化比较困难。

通过研究发现，均匀分散的ATO导电纳米超微粒子由于相互作用可形成导电膜，极大降低颗粒表面电阻率，因此具有优异的导电性能；属于化学性稳定的纳米金属氧化物，对热、湿度等外部环境引起的物性变化小，所以能保持长久性导电性质；纳米ATO粉可在不同溶剂中快速分散，颗粒团聚少。纳米ATO颗粒因其高导电性、强分散性以及安全性优势，其应用领域十分广泛，将纳米ATO包覆在523单晶三元正极材料表面有助于极大提升材料的电化学性能。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高性能富锂单晶多元正极材料的制备方法，可制造出具有较高初始容量、高倍率性能、良好的循环保持率的单晶多元正极材料。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种高性能富锂单晶多元正极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，M掺杂富锂单晶多元正极材料基体的合成：

(1)一次混料：将M金属氧化物、单晶多元前驱体与锂源按照摩尔比为0.01～0.12：1：1.02～1.12以一定的混料方式混合均匀，然后100～200目过筛分散，即得一次原料混合物；

所述的单晶多元前驱体的化学表达式为Ni_aCo_bMn_c(OH)₂，0≤a≤1，b、c＞0，a+b+c＝1，优选的0.5≤a≤0.8；

所述M金属氧化物包含主族第三周期的Mg、Al以及过渡金属元素中的一种或几种的纳米氧化物，若为多种时，比例为任意比例，其中，过渡金属元素优选为，第一过渡系的Ti、第二过渡系的Zr、第三过渡系的Ta；

所述混料方式包括球磨混料机、滚筒式混料机、锥形混料机、螺带式混料机、犁刀式混料机等，依据混料量大小而定；小批量制备时，优选为行星式球磨机，批量化生产时，优选为犁刀式混料机；