一种三元正极材料及其制备方法和锂离子电池与流程

本发明属于锂电池，具体涉及一种三元正极材料及其制备方法，进一步地，还涉及一种锂离子电池。

背景技术：

1、目前电动汽车行业发展迅速，对动力电池需求量明显增多。而正极材料作为动力电池的四大主材之一，对于电性能具有关键作用。电动汽车向着长续航，高安全方向发展，因此提高能量密度，延长使用寿命，提升材料安全稳定性是目前正极材料亟待解决的问题。其中六方晶系的层状高镍三元材料linixcoymnzo2因具有很高的能量密度，受到广泛关注。

2、高镍材料因表面ni4+活泼，造成稳定性差，不安全等缺点。表面包覆是一种良好的改进方式，而且通过包覆磷酸铁锂材料，可以利用橄榄石稳定的结构，保护高镍材料不被电解液侵蚀。中国专利cn105355880a采用液相合成的方式，将磷酸铁锂包覆在三元材料表面，但该方法需要在三元成品材料上进行改性，工艺复杂。

3、高镍三元材料由于表面活性高，生产制备过程中会产生大量残碱，并以碳酸锂和氢氧化锂的形式存在于颗粒表面和晶界处，不仅影响材料克容量的发挥，还会增加阻抗，恶化材料的高温性能。单晶材料由于真实比表面积小，表面缺陷少，相比于多晶表面残碱较低，但商用的单晶材料仍需通过水洗来解决该问题。水洗不仅会破坏材料表面结构，增大表面极化，恶化高温性能，而且还增加了工艺成本，洗去的锂得不到有效回收，造成金属的浪费。目前，通过表面包覆的改性方式来降低三元材料表面的残碱。中国专利cn109273683a提出一种磷酸铁锂包覆三元材料的制备方法，该方法采用物理直接包覆，并且是在制备完成的三元材料的基础上进行改性，不仅工艺复杂，而且包覆不均匀，无法起到降低残碱的作用。

4、因此，需要开发一种能够有效降低三元材料表面残碱的方法，提高锂离子电池的性能。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种三元正极材料的制备方法，可以消耗高镍表面的残碱，同时在三元材料表面包覆一层均匀纳米化的磷酸铁锂颗粒，有效提升了电池的高温稳定性。

2、本发明实施例的一种三元正极材料的制备方法，包括：

3、a、将三元一次材料、磷酸铁粉末和碳源混合，得到混合物料；

4、b、将所述步骤a的混合物料在惰性氛围下烧结，得到磷酸铁锂包覆的三元正极材料。

5、本发明实施例的三元正极材料的制备方法带来的优点和技术效果，1、本发明实施例中，采用未经水洗的三元一次材料作为原料，在三元一次材料中混入磷酸铁粉末和碳源，碳源将三价铁还原成二价铁，二价铁与三元一次材料表面多余的残碱反应，原位生成磷酸铁锂，不仅有效去除了三元一次材料表面的残碱，而且在三元材料表面形成了磷酸铁锂包覆层；2、本发明实施例中，加入的碳源除了能将三价铁还原成二价铁，使磷酸铁能够在三元材料表面原位合成磷酸铁锂，同时碳源还能够在磷酸铁锂表面形成包覆层，提高了三元材料的导电性能；3、本发明实施例的方法，免除了对三元一次材料的水洗工艺，不仅降低了成本，而且能够避免晶格氧的破坏，保护了材料表面结构，提升了材料稳定性。

6、在一些实施例中，所述三元一次材料中，表面的游离锂离子质量含量为0.1-0.5％；所述磷酸铁与所述三元一次材料表面游离锂离子的摩尔比为1:(1-1.1)；所述碳源的质量为磷酸铁质量的5-10％。

7、在一些实施例中，所述碳源包括聚乙二醇、蔗糖或葡萄糖中的至少一种。

8、在一些实施例中，所述步骤a中，在所述三元一次材料、磷酸铁粉末和碳源中还加入烧结助剂，混合得到混合物料。

9、在一些实施例中，所述烧结助剂包括碳酸锶、氢氧化锶、氧化锶或氧化钨中的至少一种，所述烧结助剂的质量为所述三元一次材料质量的0.1-3％。

10、在一些实施例中，所述三元一次材料为高镍单晶一次材料，其分子式为lianibcocmndo2，其中，1＜a＜1.1，0.7＜b≤1，0≤c≤0.2，0≤d≤0.3，b+c+d＝1；优选地，所述三元正极材料为li1.05ni0.92co0.05mn0.03o2或li1.05ni0.95co0.03mn0.02o2。

11、在一些实施例中，所述烧结温度为600-850℃。

12、在一些实施例中，所述惰性氛围采用的气体包括氮气、氩气中的至少一种。

13、本发明实施例还提供了一种三元正极材料，采用本发明实施例的方法制备。

14、本发明实施例的三元正极材料带来的优点和技术效果，本发明实施例的三元正极材料表面具有原位生成的磷酸铁锂包覆层，具有优异的高温存储和循环稳定性。

15、本发明实施例还提供了一种锂离子电池，包括本发明实施例的三元正极材料。

16、本发明实施例的锂离子电池包括本发明实施例的三元正极材料，其具备本发明实施例的三元正极材料能够带来的所有优点，在此不再赘述。

技术特征：

1.一种三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述三元一次材料中，表面的游离锂离子质量含量为0.1-0.5％；所述磷酸铁与所述三元一次材料表面游离锂离子的摩尔比为1:(1-1.1)；所述碳源的质量为磷酸铁质量的5-10％。

3.根据权利要求1所述的三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述碳源包括聚乙二醇、蔗糖或葡萄糖中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤a中，在所述三元一次材料、磷酸铁粉末和碳源中还加入烧结助剂，混合得到混合物料。

5.根据权利要求1所述的三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述烧结助剂包括碳酸锶、氢氧化锶、氧化锶或氧化钨中的至少一种，所述烧结助剂的质量为所述三元一次材料质量的0.1-3％。

6.根据权利要求1所述的三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述三元一次材料为高镍单晶一次材料，其分子式为lianibcocmndo2，其中，1＜a＜1.1，0.7＜b≤1，0≤c≤0.2，0≤d≤0.3，b+c+d＝1；优选地，所述三元一次材料为li1.05ni0.92co0.05mn0.03o2或li1.05ni0.95co0.03mn0.02o2。

7.根据权利要求1所述的三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述烧结温度为600-850℃。

8.根据权利要求1所述的三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述惰性氛围采用的气体包括氮气、氩气中的至少一种。

9.一种三元正极材料，其特征在于，采用权利要求1-8中任一项所述的方法制备。

10.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求9所述的三元正极材料。

技术总结
本发明公开了一种三元正极材料的制备方法，包括：a、将三元一次材料、磷酸铁粉末和碳源混合，得到混合物料；b、将所述步骤a的混合物料在惰性氛围下烧结，得到磷酸铁锂包覆的三元正极材料。本发明的三元正极材料的制备方法，不仅可以消耗高镍表面的残碱，而且能够同时在三元材料表面包覆一层均匀纳米化的磷酸铁锂颗粒，有效提升了电池的高温稳定性。

技术研发人员：李杨,段宇豪
受保护的技术使用者：北京车和家汽车科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/19