[发明专利]一种高镍三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明属于锂电池正极材料制备领域，公开了一种制备高镍正极材料的方法，包括如下步骤，步骤1，前驱体制备，步骤2，氧化溶液制备，称量氧化剂溶于去离子水，加入水溶性碱性物质；步骤3，制备改性前躯体；步骤4，将锂源与改性前躯体混合，制备正极材料，本发明还提供对应的正极材料以及锂电池，本发明采用预氧化的方法在前驱体表层形成一层中间产物，以此消除NCA表层晶体的缺陷，显著提高电池在循环过程中的稳定性和倍率性能。

技术领域

本发明属于锂电池正极材料制备领域，具体涉及制备高镍正极材料的方法、高镍正极材料、和包含该正极材料的锂离子电池。

背景技术

NCA三元材料在材料合成高温退火时，三价Ni较差的热稳定性会导致其还原为二价Ni，由于二价Ni半径与Li半径相近，在充电过程中随着Li的脱出，部分二价Ni会占据Li的空位，Li离子也会常占据二价Ni的位置，造成锂镍反位缺陷，生成不可逆相，导致材料容量损失，在充放电过程中,正极材料表面脱嵌锂的压力最大,速度最快,因此表面常常因为阳离子混排带来表面晶格的变化,其镶嵌锂能力也随之改变。

此外，高氧化态的Ni、Ni在高温条件下极不稳定，且易与电解液释放的HF发生副反应，造成材料结构发生变化甚至坍塌，从而影响材料的比容量及循环性能，常用包覆的技术手段抑制材料结构的塌陷及相变，未从根本上消除三元材料的晶体缺陷，且一般的包覆材料对锂离子脱嵌具有不同程度的阻碍作用，同时会降低材料的比容量。

发明内容

为解决上述背景技术中提出的问题，本发明采用预氧化的方法在前驱体表层形成一层中间产物，以此消除NCA表层晶体的缺陷，显著提高电池在循环过程中的稳定性和倍率性能。

为实现上述目的，本发明提供一种高镍三元正极材料制备方法，该方法包含:

步骤1，前驱体制备，首先将LiNO₃、Ni(NO₃)₂·6H₂O、Co(NO₃)₂·6H₂O、Al(NO₃)₃·9H₂O溶于去离子水中，Li、Ni、Co、Al摩尔比为1：0.8：0.15：0.05，金属离子总浓度为1mol·L^-1，然后加入络合剂，再加入强酸搅拌2h，升温200℃保持4小时，产物经研磨后通入氧气且氧气流量为1m ³/min，并在烧结温度范围为700-800℃条件下烧结，烧结时间的范围为12小时；

步骤2，氧化溶液制备，称量氧化剂溶于去离子水，加入水溶性碱性物质；

步骤3，将前躯体与所述氧化溶液混合、搅拌，使其发生氧化反应，所述氧化反应时间为5-90分钟，过滤、洗涤、干燥得到改性前躯体；

步骤4，将锂源与所述改性前躯体混合，通入氧气且氧气流量为0.8-1.2m³/min，并在烧结温度范围为500-900℃条件下烧结，烧结时间的范围为7-15小时；

所述前驱体通式为Ni_xCo_yA_z(OH)₂，其中0≤x1，0≤y≤0.5，0≤z≤0.4，且x+y+z＝1，A选自Mn、Al、Mg、Nb、Mo、Zr中的一种。

进一步的，所述络合剂为丙烯酸，所述强酸为硝酸，所述络合剂加入时流量为1-2L/min，所述强酸加入时流量为0.5-1L/min。

进一步的，所述锂源包括碳酸锂、乙酸锂、氧化锂、氢氧化锂、醋酸锂、硫酸锂和硝酸锂中的至少一种。

进一步的，所述氧化剂选自水溶性过硫酸钠、次氯酸钾、次氯酸钠、过氧化钠、双氧水中的一种或多种，所述水溶性碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化铯中的一种或几种所述氧化剂与所述碱性物质摩尔比为3：1。