[发明专利]一种改性NCM622三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种改性NCM622三元正极材料及其制备方法，其制备方法如下：首先利用磁控溅射技术制备膜状NCM622三元正极材料，然后在膜状NCM622三元正极材料的表面制备FeCrCoNiMn包覆层；并重复上述步骤1‑7次，即得到预定层数的改性材料。本方法通过溅射时间来控制包覆层厚度，使其厚度较薄，在不影响NCM622性能的基础上，制得均匀的包覆层，降低材料与电解液接触、降低腐蚀，减小界面阻抗，提升材料的循环性能；本发明制得的改性材料结构稳定性，表面残碱少，避免材料吸水性问题，尤其在降低电芯烘烤的水分，避免电芯胀气，提升材料的加工性能和安全性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种改性NCM622三元正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因其工作电压高、能量密度高、循环寿命长、环境污染小等优点， 备受青睐。目前已经广泛应用于能源、交通、通讯等不同的领域之中。

三元材料(NCM)同钴酸锂(LCO)一样，是一种α-NaFeO₂型的层状结构材料， 隶属于R-3m空间群，可看做是一种“有序岩盐相”。以NCM111型三元材料为例，其中 Li⁺位于结构中3a位置，Ni、Mn、Co随机分布在3b的位置，晶格氧占据6c位置。过 渡金属层结构由Ni、Mn、Co组成，且由6个晶格氧包围形成MO₆(M＝Ni、Co或Mn) 八面体结构，而锂离子嵌入MO₆层之间。在充放电过程中，锂离子在MO₆层间结构中 脱嵌，参与电化学反应的电对分别为Ni²⁺/Ni³⁺、Ni³⁺/Ni⁴⁺和Co³⁺/Co⁴⁺，而Mn元素为 电化学惰性不贡献电化学容量。

目前其比较常见的合成方法有固相法、共沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法等。Liu等以α-MnO₂纳米棒为原料，在900℃条件下合成粒径均一、阳离子混排度低、层状结构 良好的NCM333材料，在30次循环之后能够保持初始容量的93.9％(《High rate charge-dischargeof LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ synthesized via a low temperature solid-state method》,Solid State Ionics,2010,181(33-34):1530-1533.)。关等采用氢氧化物共沉淀法， 以NiSO₄·7H₂O和MnSO₄·H₂O为原料，NaOH作为沉淀剂，NH₄·OH溶液为络合剂合 成了前驱体材料，并与Li₂CO₃球磨混合后，在空气气氛中烧结制得LiNCM622材料 (《Synthesis andelectrochemical properties of high efficiency nickel rich cathode materialLiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂》，Journal of electrochemistry,2018,24(01):52-56.)。Huang等通过温和 水热法合成NCM333超细粉末，颗粒粒径大致为10nm，颗粒形貌较均一(《Hydrothermalsynthesis of Li[Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3]for lithium rechargeable batteries》Ceram.Int.,2010, 36(8):2485-2487.)。Nithya等通过柠檬酸辅助溶胶-凝胶法制备三元系列材料，在2.7-4.9V 的电势窗口，0.2C倍率下，材料50次循环后容量可以达到192mAh/g(《Microscopically porous,interconnected single crystal cathode material forlithium ion batteries》,J.Mater Chem,2011,21(29):10777-10784.)。