[发明专利]一种改性正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种改性正极材料及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：(1)将镍源、钴源和锰源与溶剂混合得到第一混合盐溶液，将铝源和碱液混合得到铝源溶液，将第一混合盐溶液、铝源溶液、氨水和碱液并流加入底液，控制pH进行一步反应；(2)镍源、钴源和锰源与溶剂混合得到第二混合盐溶液，停止第一混合盐溶液和氨水进料，并流通入草酸溶液和第二混合盐溶液，进行二步反应得到前驱体；(3)将步骤(2)得到的前驱体和锂源混合，经烧结处理得到所述改性正极材料，本发明在前驱体端，通过共沉淀过程中改变络合剂种类，设计材料内外层组分及结构改善材料在高电压下的循环稳定性。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种改性正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

高能量密度、长循环寿命、安全性已成为锂离子电池三元正极材料最重要的指标。而提高三元正极材料克容量的方法有两个，一方面通过提高三元材料中镍元素的含量，另一方是提高材料的充电截止电压释放材料中更多的锂离子。前者镍含量的提升虽然能大幅度提升材料的克容量，但会给电芯带来安全问题，目前国内的部分主流正极材料厂更倾向于选择高电压路线，认为高电压路线更容易实现高能量密度和安全性的平衡。但它的缺点也比较突出，首次放电过程中的不可逆容量损失严重，过高的截止电压会破坏材料的结构，进而影响其循环性能。

CN112993258A公开了一种三元正极材料的掺杂和包覆方法、三元正极材料和锂离子电池。包括：1)采用硅酸盐、掺杂金属源、镍源、钴源和锰源，共沉淀法制备三元正极材料前驱体一步共沉淀法制备三元正极材料前驱体，一次烧结，得到硅和掺杂金属元素共掺杂的三元正极材料内核；2)采用硅酸盐的饱和溶液作为底液，对所述的三元正极材料内核进行清洗，清洗过程中加入金属盐进行沉淀包覆，脱水后二次烧结，得到掺杂包覆后的三元正极材料。

CN104882589A公开了一种碳包覆三元正极材料的制备方法，其步骤如下：制备三元正极材料前驱体；制备该三元正极材料前驱体的悬浊液，该悬浊液中该三元正极材料前驱体的质量百分比浓度为5％～30％；按Li:(Ni+Co+Mn)为1.03～1.05:1的摩尔比往该三元正极材料前驱体的悬浊液中加入丙烯酸锂；在50℃～80℃的温度下往该带丙烯酸锂的三元正极材料前驱体的悬浊液中加入过硫酸铵，以使丙烯酸锂进行聚合反应从而得到聚丙烯酸锂包覆的三元正极材料前驱体的悬浊液，该过硫酸铵的质量为该丙烯酸锂质量的2％～10％，反应时间为5～8小时；对该聚丙烯酸锂包覆的三元正极材料前驱体的悬浊液进行干燥，得到球状颗粒；以及对该聚丙烯酸锂包覆的三元正极材料前驱体颗粒进行烧结，得到碳包覆三元正极材料。

为了改善高电压下的容量和循环稳定性，现有技术通常会选择在正极材料端进行包覆和掺杂来提高正极/电解液界面的稳定性以及层状结构的稳定性，从而达到高能量密度和安全性的平衡，这种方式一定程度上会增加材料的成本，而且掺杂包覆不均匀也会一定程度上影响材料的一致性和电化学性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改性正极材料及其制备方法和应用，本发明在前驱体端，通过共沉淀过程中改变络合剂种类，设计材料内外层组分及结构改善材料在高电压下的循环稳定性。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种改性正极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将镍源、钴源和锰源与溶剂混合得到第一混合盐溶液，将铝源和碱液混合得到铝源溶液，将第一混合盐溶液、铝源溶液、氨水和碱液并流加入底液，控制pH进行一步反应；

(2)镍源、钴源和锰源与溶剂混合得到第二混合盐溶液，停止第一混合盐溶液和氨水进料，并流通入草酸溶液和第二混合盐溶液，进行二步反应得到前驱体；

(3)将步骤(2)得到的前驱体和锂源混合，经烧结处理得到所述改性正极材料。