[發明專利]表面改性的鋰離子電池高鎳正極活性材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201210359842.7
• 申請日: 2012-09-25
• 公開（公告）號: CN102832389A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 黃承煥;周友元;周新東;周耀;李廈
• 申請（專利權）人: 湖南長遠鋰科有限公司
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M4/505;H01M4/62;H01M4/131;B82Y30/00
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所 43008
• 代理人: 楊斌

技術領域

本發明涉及一種電池正極材料及其制備方法，尤其涉及一種鋰離子電池正極活性材料及其制備方法。

背景技術

目前鋰離子電池已經廣泛應用于各種移動式電子產品、電動工具和儲能系統。為了適應這些設備的發展，人們對高能量密度、高功率、長壽命和低成本的鋰離子電池的需求量不斷增大。鋰離子正極材料是影響電池性能和成本的關鍵材料，但目前商業化應用的鈷酸鋰、錳酸鋰和磷酸亞鐵鋰在比容量上很難再有突破，而摻雜型鎳酸鋰正極材料因其具有高容量和低成本的特點，已受到關注，有望成為未來市場主導的鋰離子正極材料。摻雜Co、Mn、Al、Mg等元素，可以穩定鎳酸鋰材料的層狀結構，增強材料的循環穩定性。對于摻雜型高鎳正極材料，LiNi_xCo_yM_zO₂（0.6≤x≤1，x+y+z=1，0≤y≤0.4，0≤z≤0.4，M為其他摻雜元素），隨著x的增大（即鎳含量的增加），克比容量也越高，但合成過程中，表面殘余的堿性物質也越多。在非專利文獻（[1]?H.S.?Liu,?Z.R.?Zhang,?Z.L.?Gong,?Y.Yang,?Electrochemical?and?Solid-State?Letters?7?(2004):?A190-A193.?[2]?J.?Eom,?M.G.?Kim,?J.?Cho,?Journal?of?the?Electrochemical?Society?155?(2008):?A239-A245.?[3]?H.?Kobayashi,?S.?Emura,?Y.?Arachi,?K.?Tatsumi,?Journal?of?Power?Sources?174?(2007):?774-778.）中證明了鎳酸鋰及其摻雜型高鎳正極材料的表面含有Li₂CO₃、LiOH等堿性物質。由于強堿性物質易于吸水，其抑制了正極材料在有機溶劑混合調漿時的流動性；這將給制漿及后續電池性能帶來極大的影響。而且這些雜質鋰鹽導電性差，不利于離子的傳輸。因此，如何降低此類高鎳正極材料的堿性，消除其表面雜質鋰鹽，是本領域需要解決的關鍵技術問題。

目前所報道的正極材料表面包覆方法，其目的是阻礙電解液和正極材料的直接接觸，減少電極固/液界面的副反應。所采用的包覆物，比如MgO（參見CN1770514A號中國專利文獻）、AlF₃（參見B.-C.?Park,?H.-B.?Kim,?H.J.?Bang,?J.?Prakash,?Y.-K.?Sun,?Industrial?&?Engineering?Chemistry?Research?47?(2008):?3876-3882）、AlPO₄（參見B.?Kim,?C.?Kim,?T.-G.?Kim,?D.?Ahn,?B.?Park,?Journal?of?The?Electrochemical?Society153(2006):?A1773-A1777以及CN1416189A號中國專利文獻）和導電玻璃（參見CN1797822A和CN1773763A號中國專利文獻）等，雖然在一定程度上可以提高材料的電化學穩定性，但這些包覆物不能與高鎳正極活性材料的堿性物質反應，無法降低其堿性。此外，也有報道采用其他鋁、鈦和鋯的化合物添加到正極材料中（參見CN1773763A、CN1731605A、CN1416189A），但現有的工藝操作并非針對“降低高鎳正極活性材料的堿性”而設計，因此同樣未能解決鋰離子電池高鎳正極材料存在的上述問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種堿性物質含量顯著降低、材料的加工性能得到改善、電化學穩定性也相應提高的表面改性的鋰離子電池高鎳正極活性材料，還提供一種步驟簡單、操作易行、成本低的該表面改性的鋰離子電池高鎳正極活性材料的制備方法。