[发明专利]一种钨包覆及掺杂的单晶富镍三元正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种钨包覆及掺杂的单晶富镍三元正极材料的制备方法，具体包括以下步骤：(1)将镍钴锰三元前驱体与锂源混合，煅烧，球磨，得到单晶富镍三元正极材料；(2)将单晶富镍三元正极材料与钨源混合，煅烧，冷却，即得钨包覆及掺杂的单晶富镍三元正极材料。本发明是通过调控钨源的用量以实现对单晶富镍三元正极材料的单独包覆、单独掺杂以及既包覆又掺杂的任意调控，有效增强了单晶富镍三元正极材料的结构稳定性，降低了材料的极化，提高了锂离子扩散动力学，因而同时提高了电池的循环稳定性和倍率性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，更具体的说是涉及一种钨包覆及掺杂的单晶富镍三元正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池因具有自放电小、无记忆效应、输出电压高、循环寿命长及绿色环保等优点，决定了其在新能源汽车领域具有广阔的发展前景。目前，随着新能源汽车的快速发展，越来越多的电动汽车开始进入到普通消费者的生活之中，使得人们对于电动汽车续航里程和使用寿命的需求不断提高。因此，开发具有更高能量密度和循环寿命的锂离子电池至关重要。

正极材料是锂离子电池中的重要部分，其性能对锂离子电池的性能至关重要，如其容量决定了整个电池的容量上限等等。目前，市场上的正极材料主要为钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰三元体系、磷酸铁锂。相对于镍钴锰三元体系，上述常用的正极材料都存在各自的问题。比如：钴酸锂中钴价格贵，成本高；锰酸锂在放电过程中结构不稳定，受到温度的影响大，易导致电池性能恶化；磷酸铁锂电导率低，锂离子扩散系数小，高温性能差。并且，这些锂过渡金属氧化物普遍能量密度不够高，经过对组成和结构进行改性处理难以在电池能量密度上取得突破性进展。

三元正极材料具有高比容量和循环寿命长等优点，使其成为锂离子电池正极的热门材料，但仍有诸多问题需要解决。如，多晶三元正极材料的二次颗粒内部存在大量晶界，在电池充放电过程中，由于各向异性的晶格变化，多晶三元正极材料容易出现晶界开裂，导致二次颗粒产生微裂纹，致使材料的循环性能，热稳定性降低。此外，表面残碱会加剧活性材料反应过程中与电解液之间发生的副反应，并释放气体，影响电池的寿命和安全性能。

与多晶三元正极材料相比，单晶三元正极材料体系仅保持一次颗粒，其结构本征上没有晶界，有效地缓解了微/纳裂纹的形成，具有更好的结构完整性，从而比多晶三元正极材料具有更好的循环稳定性和热稳定性，因而受到广泛的研究关注。但是，单晶相对于多晶三元正极材料的本征上的性能提升也相对有限。并且，单晶三元正极材料一次粒径相对较大，离子扩散路径长，导致其倍率性能较差，从而限制在高功率电动车型的应用。因此，开发工艺简单的技术方案，通过掺杂、包覆等进一步改善单晶三元正极材料的结构稳定性和导电性，具有重要的科学意义。

目前，对三元正极材料的改性方法主要有包覆和掺杂两种。表面包覆主要是作为一个保护层隔绝电解液和活性电极材料的直接接触，很大程度上降低了一系列的副反应，比如，减少过渡金属的析出、形成更薄的CEI膜、降低氧原子的析出等，从而提高电化学稳定性。并且，保护层可以缓解充放电过程中活性材料由于脱锂/嵌锂产生体积改变而带来的结构塌陷。掺杂改性能降低阳离子混排，提高层状结构的稳定性，拓宽锂离子的扩散通道，提高材料的电导率。

现有对富镍三元正极材料的钨源改性技术方法中，所针对的改性对象是多晶材料。并且，一种制备方法只实现单包覆、单掺杂、既包覆又掺杂中的一种，而未见改变参数细节同时实现三种情况的全覆盖。

因此，通过合理设计将包覆及掺杂二者协调、协同，从而改性单晶富镍三元正极材料，是目前以及未来单晶富镍三元正极材料改性的重点探索方向。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钨包覆及掺杂的单晶富镍三元正极材料的制备方法，以解决现有技术中的不足。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：