[发明专利]含镍正极材料、其制备方法及包含其的锂离子电池

说明书

本发明提供了一种含镍正极材料、其制备方法及包含其的锂离子电池。该含镍正极材料的制备方法包括：镍源材料、锰源材料和钴源材料和第一掺杂剂依次进行湿法研磨、干燥及有氧烧结过程，得到具有多孔结构的前驱体；使前驱体、锂源材料和第二掺杂剂依次进行空气烧结过程、空气与氧气的混合气烧结过程以及氧气烧结过程，反应完毕后，冷却，得到含镍正极材料。采用上述制备方法有利于缩短烧结时间，使氧气用量减少，提高含镍正极材料的产率；同时将第一掺杂剂和第二掺杂剂和上述工艺进行结合有利于提高正极材料的结构稳定性、能量密度以及循环容量等电学性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池制造领域，具体而言，涉及一种含镍正极材料、其制备方法及包含其的锂离子电池。

背景技术

高镍正极材料随着镍含量的提高同时带来较多问题，诸如安全性能低、循环性能差、倍率性能下降等。因此目前市场对8系高镍三元材料的性能仍在持续改进当中。

为了解决上述问题，现有的方法主要是首先通过共沉淀的方法制备出三元前驱体，然后和锂源混合通过高温固相法进行材料的合成。三元材料的煅烧过程是氧化过程，是由阳离子扩散速率控制的，在表面聚集大量氧气，会使阳离子空位增加，有利于阳离子扩散加速和促进煅烧，朝正反应方向进行。因此提供必要的氧气分压会在三元材料煅烧过程中，增加材料细孔内气体的扩散和溶解能力，从而使各物质间充分反应，提高反应速率。目前一般的做法是在材料烧结过程中使用氧气烧结，且烧结时间过长，存在产率低、能耗高等缺点。

鉴于上述问题的存在，有必要提供一种烧结效率高，能耗低且含镍正极材料收率高的含镍正极材料的制备方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种含镍正极材料、其制备方法及包含其的锂离子电池，以解决现有正极材料的制备方法中烧结过程使用氧气烧结，且烧结时间过长，存在产率低、能耗高等问题。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种含镍正极材料的制备方法，该含镍正极材料的制备方法包括：镍源材料、锰源材料和钴源材料和第一掺杂剂依次进行湿法研磨、干燥及有氧烧结过程，得到具有多孔结构的前驱体；使前驱体、锂源材料和第二掺杂剂依次进行空气烧结过程、空气与氧气的混合气烧结过程以及氧气烧结过程，反应完毕后，冷却，得到含镍正极材料。

进一步地，有氧烧结过程为程序升温过程，优选地，有氧烧结的升温过程包括：以2～10℃/min升温至120～260℃，保温100～130min，然后以2～10℃/min升温至400～500℃，保温180～220min，自然冷却。

进一步地，空气与氧气的混合气中，氧气的含量为21～99.99％。

进一步地，空气烧结过程、空气与氧气的混合气烧结过程以及氧气烧结过程的升温速率为2～10℃/min；优选地，空气烧结过程包括：将具有多孔结构的前驱体在第一烧结温度下进行第一恒温烧结过程，得到第一恒温烧结产物，其中第一恒温烧结过程的烧结温度为120℃～260℃，烧结时间为60～120min；将第一恒温烧结产物在第二烧结温度下进行第二恒温烧结过程，得到第二恒温烧结产物，其中第二恒温烧结过程的烧结温度为300～360℃，烧结时间为120～200min。

进一步地，空气与氧气的混合气烧结过程包括：将第二恒温烧结产物在第三烧结温度下进行第三恒温烧结过程，得到第三恒温烧结产物，其中，第三恒温烧结过程的温度为480～520℃，烧结时间为200～300min；将第三恒温烧结产物在第四恒温烧结温度下进行第四恒温烧结过程，得到第四恒温烧结产物，其中，第四恒温烧结过程的烧结温度为600～650℃，烧结时间为60～120min。