[发明专利]一种铬掺杂高电压高镍三元锂电池正极材料及制备方法

说明书

本发明提供了一种铬掺杂高电压高镍三元锂电池正极材料及制备方法。将含有四价铬的无机盐浸入熔融氢氧化钠中反应，分离氧化镁后获得含镍、铬的铵配合物，然后加入氧化助剂、钴源和锰源进行球磨，接着采用共沉淀法制得铬掺杂的NCM前驱体，在预烧、研磨粉碎后，与粉末状锂源混合进行富氧固相烧结，即得铬掺杂的高镍三元锂电池正极材料。该方法通过四价铬与三价镍形成稳定镍层结构，同时使得四价铬在烧结中歧化价混合价态，有效抑制了镍离子过氧化从晶格中脱离的问题，制得的高镍三元正极材料的循环性能好，高温性能佳，使用中锂电池容量损失小，安全性和稳定性好，具有极好的应用前景。

技术领域

本发明涉及锂电池领域，具体涉及锂电池正极材料的制备，特别是涉及一种铬掺杂高电压高镍三元锂电池正极材料及制备方法。

背景技术

近年来，由于新能源汽车的大力推广，锂离子电池受到广泛的关注，锂离子电池具有电压高、能量密度高、循环寿命长、环境污染小等优点倍受青睐。但随着电子信息技术的快速发展，对锂离子电池的性能也提出了更高的要求。正极材料作为目前锂离子电池中最关键的材料，它的发展也最值得关注，目前锂离子电池正极材料主要研究对象为高镍三元正极，其主要优势在于高容量和稳定的低温性能。随着各类电子产品的功能与性能不断地提升，对电池的安全性和稳定性的要求也更加强烈，对高镍三元正极材料也提出了更高要求。

目前针对锂电池稳定性的改进方式主要为降低镍含量、优化材料粒径、降低材料比表面积、降低电池的充电截止电压等，但这类方式都对电池本身的电化学性能有不利的影响。由于高镍三元正极材料循环性能和高温性能较差，掺杂改性如镁、铝等主要针对其可逆容量，但会带来电池充电电压下降的不利影响。同时制备方法对于锂离子电池材料的性能影响很大。因此针对高镍三元正极材料稳定性的研究和制备方法的合理运用具有十分重要的实际意义。

中国发明专利申请号201710590293.7公开了一种锂离子电池用高镍正极三元材料，由锂元素、镍元素、钴元素、锰元素和氧元素组成，其中，镍元素在化合物中的存在价态为+2或者+3，钴元素在化合物中的存在价态为+3价，锰元素在化合物中的存在价态为+4价，锂离子电池用高镍正极三元材料为六方晶系层状结构。还提供了上述锂离子电池三元材料的制备方法, 以Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1(OH)₂为前驱体，LiOH/Li₂CO₃/LiNO₃为锂源，通过高温固相烧结法在空气气氛下煅烧，获得可用作锂离子电池的正极材料。此发明的锂离子电池正极材料具有容量高，循环性能好，合成条件简单，成本低的优点。

中国发明专利申请号201510672398.8公开了一种钙掺杂锂离子电池三元正极材料及其制备方法，属于无机材料技术领域。该钙掺杂锂离子电池三元正极材料，是通过在三元材料中掺杂钙元素，采用简单的固相法和高温固相烧结反应制得；制备方法为将乙酸镍，乙酸锰，乙酸钴，硝酸钙和LiOH·H₂O研磨混匀，将得到的混合物，以3℃~5℃/分钟的升温速率，升温至500℃，保持5~8小时。再以同样的升温速率升温至700~1000℃，煅烧12~24小时，自然冷却至室温。此发明制备的钙掺杂三元正极材料相比于没有掺杂的材料，在电池比容量、循环稳定性和倍率性能等方面都有了很大的提高和改进。

中国发明专利申请号201611238223.7公开了一种锂离子电池高电压三元正极材料及其制备方法，采用梯度共沉淀法合成正极材料前驱体，固相法制备正极材料。合成的前驱体颗粒中镍元素含量由内而外呈梯度分布。将所得前驱体按比例与锂源和氟源混合研磨均匀，并放入管式炉中；在富氧空气气氛下预烧；再升温至烧结，即得到目标产物。该方法制备的锂离子电池正极材料无杂相，结晶度好，在高电压充电条件下表现出了优异的电化学性能，是一种高能量密度正极材料，而且操作工艺较简单，原料来源广泛，易于实现规模化工业生产。