一种无裂纹的镁掺杂高镍三元层状正极材料及其制备方法与流程

本发明涉及锂电池，具体而言，涉及一种无裂纹的镁掺杂高镍三元层状正极材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着新能源汽车、便携式电子设备和储能系统技术的快速发展，市场对锂离子电池的循环性能、能量密度以及安全性能的要求也越来越高。正极材料作为锂离子电池的关键材料，对电池的容量、循环、安全性能等起着至关重要的作用。

2、为了便于电子和离子在电池中传输，活性材料的分散性必须得到保证，以确保粒子与导电剂和添加剂密切接触。然而，这种密切接触往往会产生不利的副反应，液体电解质沿晶界渗透、导致正极材料发生相变，从而导致电压发生变化。此外，液体电解质的渗入在粒子内部会产生高密度的裂纹，导致粒子的瓦解，从而限制了电池的容量密度和循环稳定性，最终导致电池失效。

3、鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种无裂纹的镁掺杂高镍三元层状正极材料及其制备方法，通过该制备方法获得的无裂纹的镁掺杂高镍三元层状正极材料能够解决因液体电解质渗透导致的正极材料发生相变，且抑制晶间和晶内裂纹的形成，提高了正极材料的循环稳定性。

2、本发明是这样实现的：

3、一方面，本发明提供了一种无裂纹的镁掺杂高镍三元层状正极材料，其包括基体以及包覆于基体表面的复合包覆层；

4、其中基体包括镁掺杂高镍三元正极材料，其是指高镍三元正极材料中掺杂有镁元素；上述复合包覆层中包括磷酸锂和碳酸钙。

5、另一方面，本发明还提供了上述无裂纹的镁掺杂高镍三元层状正极材料的制备方法，其包括将高镍三元前驱体、锂源和镁源混合并进行第一次烧结，获得镁掺杂三元正极材料，然后将镁掺杂三元正极材料和磷酸锂、碳酸钙的混合物混合并进行第二次烧结，获得复合层包覆的镁掺杂三元正极材料，在将复合层包覆的镁掺杂三元正极材料进行退火处理，获得无裂纹的镁掺杂高镍三元层状正极材料。

6、本发明具有以下有益效果：

7、本发明通过利用晶界工程策略制备出一种无裂纹的镁掺杂高镍三元层状正极材料，其在高镍三元正极材料中掺杂镁元素，并在高镍三元正极材料的外层复合包覆磷酸锂和碳酸钙，同时在包覆后再对其进行退火处理，利用晶界强化使包覆层沿着晶界渗入颗粒，采用上述方法获得的无裂纹的镁掺杂高镍三元层状正极材料能够抑制裂纹的形成，进而提升锂离子电池三元层状氧化物的循环稳定性。

技术特征：

1.一种无裂纹的镁掺杂高镍三元层状正极材料，其特征在于，包括基体以及包覆于基体表面的复合包覆层；

2.根据权利要求1所述的无裂纹的镁掺杂高镍三元层状正极材料，其特征在于，所述复合包覆层中磷酸锂和碳酸钙的混合物与镁掺杂高镍三元正极材料的质量比为2-5％。

3.根据权利要求2所述的无裂纹的镁掺杂高镍三元层状正极材料，其特征在于，所述混合物中磷酸锂和碳酸钙的质量比为1.5-4。

4.根据权利要求3所述的无裂纹的镁掺杂高镍三元层状正极材料，其特征在于，所述镁元素的掺杂量为高镍三元前驱体质量的0.02％-0.08％。

5.如权利要求1-4任一项所述的无裂纹的镁掺杂高镍三元层状正极材料的制备方法，其特征在于，将高镍三元前驱体、锂源和镁源混合并进行第一次烧结，获得镁掺杂三元正极材料，然后将镁掺杂三元正极材料和磷酸锂、碳酸钙的混合物混合并进行第二次烧结，获得复合层包覆的镁掺杂三元正极材料，在将复合层包覆的镁掺杂三元正极材料进行退火处理，获得所述无裂纹的镁掺杂高镍三元层状正极材料。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述退火处理的条件为：在惰性气体保护下进行300-700℃退火处理，并保温2-6h。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在制备所述镁掺杂三元正极材料时，所述锂源和高镍三元前驱体摩尔比例为0.9-1.2，所述镁元素的掺杂量为高镍三元前驱体质量的0.02％-0.08％；

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述第一次烧结的条件为：在氧气气氛下，烧结温度为200-800℃，烧结时间为5-24h。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在制备所述复合层包覆的镁掺杂三元正极材料时，所述磷酸锂和碳酸钙的混合物与镁掺杂高镍三元正极材料的质量比为2-5％；

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述第二次烧结的条件为：在氧气气氛下，烧结温度为350-750℃，烧结时间为4-8h。

技术总结
本发明公开了一种无裂纹的镁掺杂高镍三元层状正极材料及其制备方法。本发明通过利用晶界工程策略制备出一种无裂纹的镁掺杂高镍三元层状正极材料，其在高镍三元正极材料中掺杂镁元素，并在高镍三元正极材料的外层复合包覆磷酸锂和碳酸钙，同时在包覆后再对其进行退火处理，利用晶界强化使包覆层沿着晶界渗入颗粒，采用上述方法获得的无裂纹的镁掺杂高镍三元层状正极材料能够抑制裂纹的形成，进而提升锂离子电池三元层状氧化物的循环稳定性。

技术研发人员：朴一男,陈慧明,计结胜,张笑鸣,胡景博
受保护的技术使用者：中国第一汽车股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10