[发明专利]一种四元正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种四元正极材料及其制备方法和应用。四元正极材料的制备方法包括以下步骤：将正极基材、可溶性钴盐、沉淀剂、络合剂和水进行混合，对混合后的体系进行液固分离，收集固相并进行干燥和煅烧；所述正极基材的化学通式为LiNi_xCo_yMn_zAl_{(1‑x‑y‑z)}O₂，其中，0.9≤x＜1，0＜y＜0.07，0＜z＜0.03。本发明对正极基材进行水洗包覆，在其表面均匀包覆一层钴的化合物，以提高材料导电性并起到保护层的作用，减少正极材料与电解液的副反应发生；同时，沉淀剂可把残存的锂源沉降下来，防止后期匀浆过程中因pH过高出现果冻状情况，影响正极材料容量的发挥以及循环保持率。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体而言，涉及一种四元正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池已经成为目前应用最为广泛的电化学动力源，这种电池中最具代表性的就是正极和负极中的锂离子在嵌入与脱嵌时化学电位的变化而产生电能的锂二次电池（LIBs）。正极材料对 LIBs的性能有直接主导的作用，因此许多研究人员致力于实现容量大、充电/放电速度快、循环寿命长的可进行锂离子可逆的嵌入与脱嵌的正极材料。目前，高镍材料被认为是最有望的候选材料之一，因为其可以通过增加镍含量来提高锂离子电池的比容量。但是，由此产生的锂离子电池不良循环稳定性可能会阻碍这种方法的成功。

此外，高镍材料中四元多晶材料相比三元正极材料在安全性和循环稳定性上更有优势，是目前最有发展前景的材料之一。但是高镍四元正极材料目前降低残碱的方式主要是靠水洗工艺，但是水洗之后，锂残渣被去除，晶格中的锂离子因为与晶格外的锂离子具有更大的浓度差，材料更倾向于发生无电子转移的脱锂反应，继而更倾向于发生Ni³⁺/Ni²⁺的转变，水洗后的材料表面粗糙，比表面积变大，与电解液接触面积大，副反应更加剧烈。为了解决这一问题，常用的改性方式是材料表面包覆，但是对于高镍四元正极材料而言，干混包覆会导致材料表面包覆不均匀，而且加了一步工艺，增加了生产成本。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明涉及一种四元正极材料的制备方法，包括以下步骤：

将正极基材、可溶性钴盐、沉淀剂、络合剂和水进行混合，对混合后的体系进行液固分离，收集固相并进行干燥和煅烧；

所述正极基材的化学通式为LiNi_xCo_yMn_zAl_(1-x-y-z)O₂，其中，0.9 ≤ x＜1，0＜y＜0.07，0＜z＜0.03。

本发明提供一种四元正极材料的制备方法，以解决现有技术中的高镍四元正极材料水洗后的材料表面粗糙，比表面积变大，与电解液接触面积大，副反应更加剧烈的问题。本发明将可溶性钴盐、沉淀剂、络合剂、水与正极基材进行混合，对正极基材进行水洗包覆，在正极基材的表面均匀包覆一层钴的化合物，既可以提高材料导电性还可以起到保护层的作用，减少正极材料与电解液的副反应发生；除此之外，加入沉淀剂可以把残存的锂源沉降下来，防止后期匀浆过程中因pH过高出现果冻状情况，严重影响正极材料容量的发挥以及循环保持率；该方法可促进锂离子嵌入脱出，减少正极材料表面副反应。

根据本发明的另一个方面，本发明还涉及所述的四元正极材料的制备方法得到的四元正极材料。

本发明的正极材料在正极基材的表面均匀包覆一层钴的化合物，既可以提高材料导电性还可以起到保护层的作用，减少正极材料与电解液的副反应发生。

根据本发明的另一个方面，本发明还涉及一种锂电池正极，包括如上所述的四元正极材料。

本发明的锂电池正极可赋予锂电池优异的容量、首效和循环稳定性能。