[發明專利]改善高鎳三元正極材料電化學性能的方法

有效

• 申請號: 201210576314.7
• 申請日: 2012-12-26
• 公開（公告）號: CN103022471A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 黃碧英;孫喜梅
• 申請（專利權）人: 龍能科技（蘇州）有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 范晴

技術領域

本發明涉及一種二次電池領域，特別是涉及一種含鎳，鈷和錳的金屬氧化物鋰離子電池活性正極材料的性能改善方法以及相應的電極與電池。

背景技術

人們已對充電電池領域中的各種不同的正極材料進行了研究。LiCoO₂憑借其工作電壓高、循環壽命長而成為目前在商品鋰離子電池中最普遍使用的正極材料。雖然LiCoO₂是在便攜式充電電池應用中廣泛使用的正極材料，但其所具有的Co資源匱乏、毒性大、價格較高、低實際比容量（介于140和150mAh/g之間）以及相對低的熱穩定性的特征使其在作為一種充電電池正極材料方面受到嚴重的限制。這些限制已促使人們進行了許多研究，考察用于處理LiCoO₂以改善其熱穩定性的方法。

為了改善LiCoO₂的性能，人們利用多種元素如Ni，Mn,Fe,Mg,Cr,Al等進行摻雜改性，其中鎳鈷錳三元材料研究的最為廣泛，代表性的材料有：LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂,LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂,LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂，其合成方法一般是采用經共沉淀法生成的Ni，Co和Mn的三元氫氧化物前驅體與含鋰化合物進行混合并經高溫燒結一定時間后得到。

鎳鈷錳三元材料采用價格較為低廉的錳和鎳取代資源缺乏和價格較高的鉆，因此材料的成本會比鉆酸鋰有明顯的降低，同時具有比鈷酸鋰更高的可逆比容量(170～230mAh/g)，可以更好的滿足電子產品日益小型化和多功能化的要求。但是隨著Co含量的減少，Ni含量的增加，材料的倍率性能和循環性能變差。倍率性能變差是由于Co含量的減少導致陽離子在晶格中有序度降低而使Li+遷移速率減小。容量和循環性能變差是由于隨著Ni含量的升高，材料極易吸潮，進而促進Li⁺與H₂O和CO₂反應生成LiOH,Li₂CO₃雜質并沉積在正極表面使界面內阻升高；此外，由于正極在脫鋰狀態下Ni⁴⁺非常不穩定，反應性很強，因此在高鎳含量下更容易引起電極與電解液之間反應產生高的界面內阻，綜合效果導致材料容量迅速衰減，循環性能變差。