[发明专利]一种改性高镍三元正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及锂离子电池正极材料制备技术领域，具体涉及一种改性高镍三元正极材料及其制备方法和应用。所述改性高镍三元正极材料以含钒掺杂的LiNi_xCo_(1‑x)/2Mn_(1‑x)/2O₂(0.6≤x≤0.9)为基体，将基体外先包覆氢氧化镍凝胶，再进行高温处理，得到改性高镍三元正极材料。本发明对高镍三元正极材料LiNi_xCo_(1‑x)/2Mn_(1‑x)/2O₂(0.6≤x≤0.9)进行改性，以含钒掺杂的LiNi_xCo_(1‑x)/2Mn_(1‑x)/2O₂(0.6≤x≤0.9)为基体，然后采用氢氧化镍进行凝胶包覆，最后经由煅烧处理，得到改性的高镍三元正极材料，以克服现有技术高镍三元正极材料具有的热稳定性、循环稳定性差的技术缺陷。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料制备技术领域，具体涉及一种改性高镍三元正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

能源是经济发展、社会进步的关键，建造一个由可持续能源支持的社会是全世界关注的课题。随着市场对电动续航里程要求的提高，要求锂离子电池具有更高的能量密度，而正极材料又是影响锂离子电池能量密度的关键因素。高镍三元正极材料具有比容量高、倍率性能好、成本相对较低等优点，被认为是最具有应用前景的动力锂离子电池正极材料之一。

市场上的三元材料主要是指由锂元素和过渡主族元素镍、钴和锰元素组成的氧化物，它兼具高比容量、高循环稳定性和高安全性能的优点；由于镍、钴和锰酸锂均具有α-NaFeO₂结构，且镍、钴和锰元素属于同一周期相邻元素，所以能很好的形成共熔体，体现出了不同元素间良好的协同作用。材料中由于镍离子半径较大，所以镍含量的增加可使材料晶胞参数a和c的值均增大，但是会使c/a的值减小，晶胞体积增大，有助于增大锂离子脱嵌量，从而提升提升放电比容量，但是由于Ni²⁺较难氧化成Ni³⁺，所以在合成的LiNiO₂正极材料中会有部分Ni³⁺位置被Ni²⁺所占据，由于Li⁺半径大于锂层中的Ni²⁺半径，并且在脱锂过程中Ni²⁺又会被氧化成半径更小的Ni³⁺，所以在锂脱嵌过程中导致材料层状坍塌结构，在充放电过程中使晶体结构发生破坏，循环性能也急剧恶化，同时过多的镍也会降低材料的热稳定性。

为减少三元材料充放电过程中材料表面的副反应、晶格结构退化和电解液分解等问题，现有技术中对三元材料的改性做了大量研究，主要方法有掺杂和表面包覆，掺杂的目的是降低阳离子混排，提高晶体结构稳定性，提高Li⁺扩散系数，降低转移阻抗提高可逆容量和循环稳定性等，掺杂分为阳离子掺杂、阴离子掺杂和多种离子共掺杂，阳离子掺杂有Na、Mg、Al、Ti、Nb和Ga等元素；阴离子掺杂主要有F掺杂和PO³⁺掺杂，多种离子共掺杂主要有多种阳离子共掺杂和阳离子、阴离子共掺杂。

目前商业化的三元材料主要是LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂，但是由于其活性元素Ni含量较少，使放电容量较低，因此需要一种对高镍锂离子电池正极材料进行改性的方法，以克服高镍锂离子电池正极材料的技术缺陷。

发明内容