[發(fā)明專(zhuān)利]一種高鎳多元正極材料的表面改性方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310738796.6
• 申請(qǐng)日: 2013-12-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104282898A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣華偉;樸雪松;劉亞飛;陳彥彬
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京當(dāng)升材料科技股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/48
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/48;H01M4/62
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬鋰離子電池材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高鎳多元正極材料的表面改性方法。

背景技術(shù)

鋰離子二次電池在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，它的性能主要由其正極材料決定。正極材料好壞決定了相應(yīng)鋰離子電池電化學(xué)性能優(yōu)劣、安全性能高低及成本高低的成本。在正極材料領(lǐng)域，高鎳多元正極材料為α-NaFeO₂層狀結(jié)構(gòu)，屬于R3M空間群，其實(shí)際可逆容量達(dá)200mAh·g^-1或更高，特別適合作為電動(dòng)車(chē)（EV)或混合動(dòng)力（HEV）的高能量正極材料。但是鎳含量的增加使得髙鎳多元材料在高電位下Ni⁴⁺易與電解液反應(yīng)導(dǎo)致循環(huán)性能變差，同時(shí)表面較高殘Li的增加導(dǎo)致儲(chǔ)存性能差，不利于后續(xù)電池制備過(guò)程中的加工，這些問(wèn)題會(huì)極大的影響了其商品化。

目前常通過(guò)元素?fù)诫s及表面改性的方法來(lái)改善其循環(huán)性能和安全性。摻雜多用陽(yáng)離子（Al³⁺，Mg²⁺，Zn²⁺等）部分取代鎳或鈷，同時(shí)還可以加入F^-等陰離子，來(lái)抑制循環(huán)過(guò)程中材料的相變和晶格變化，有利于在充放電過(guò)程中抑制電極和電解液之間的分解反應(yīng)。表面改性主要通過(guò)包覆來(lái)實(shí)現(xiàn)，表面包覆一方面可降低殘堿，更重要的是改善材料循環(huán)性能、熱穩(wěn)定性以及大電流充放電性能。表面包覆多采用溶膠-凝膠法、化學(xué)氣象沉積法以及室溫固相法等工藝方法。其中溶膠-凝膠法工藝復(fù)雜，成本高，不利于產(chǎn)業(yè)化；室溫固相法工藝簡(jiǎn)單，但一般情況下包覆均勻性較差，導(dǎo)致不能得到均勻的包覆品。

目前已有部分多元材料的相關(guān)包覆方法公開(kāi)，如專(zhuān)利CN102881884公開(kāi)了一種有機(jī)包覆工藝，即將Al溶于有機(jī)溶劑中，然后噴入在攪拌機(jī)中的球形鎳鈷錳三元材料上，將球形鎳鈷錳三元材料在攪拌狀態(tài)下充分濕潤(rùn)攪拌均勻，然后在真空干燥機(jī)中進(jìn)行干燥。將包覆處理后的球形鎳鈷錳三元材料再次進(jìn)行煅燒，即得到包覆Al氧化物的球形鎳鈷錳三元材料。但該類(lèi)方法以金屬氧化物為原料，工藝結(jié)構(gòu)長(zhǎng)、需相關(guān)制備設(shè)備和有機(jī)物回收設(shè)備，成本高不利于工業(yè)化生產(chǎn)。又如專(zhuān)利CN102931384中同樣公開(kāi)了一種有機(jī)包覆體系，即先將三元材料加入溶有金屬醇鹽的有機(jī)溶液中，經(jīng)攪拌、抽濾或蒸干，形成具有Me（OH）Xde?金屬氫氧化物層，然后進(jìn)行熱處理，使正極材料表面形成一層具有MeOx的第一層金屬氧化物，再將包覆有第一金屬氧化物層的正極材料再次加入到溶有金屬醇鹽的有機(jī)溶液中，經(jīng)攪拌、抽濾或蒸干，再經(jīng)熱處理使第一層氧化物層的表面得到具有Me‘Ox的第二金屬氧化物層的Me’Ox，且Me和Me‘采用不同的材料，從而得到三元正極材料包覆物。但該方法步驟繁雜，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。而專(zhuān)利?CN1770511公開(kāi)了一種水系包覆體系，但包覆的過(guò)程中加入了高聚物輔助溶劑，提高了工業(yè)化生產(chǎn)的成本，并且實(shí)施起來(lái)頗為復(fù)雜。

因此，需要一種成本低、工藝簡(jiǎn)單便于工業(yè)化生產(chǎn)、能夠?qū)崿F(xiàn)均勻包覆、產(chǎn)品穩(wěn)定性好的方法對(duì)多元正極材料進(jìn)行改性，以滿(mǎn)足消費(fèi)市場(chǎng)的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是向本領(lǐng)域提供一種高鎳多元正極材料的表面改性方法，操作簡(jiǎn)單、安全、成本較低，克服了現(xiàn)有技術(shù)成本較高、工藝復(fù)雜且包覆不均勻、產(chǎn)品穩(wěn)定性差的不足。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種高鎳多元正極材料的表面改性方法，主要包括以下步驟：

1.?充分混合金屬化合物懸浮液和多元材料，攪拌反應(yīng)。

?2.攪拌反應(yīng)0.5~10h后，在50~120℃范圍內(nèi)加熱干燥。

3.500~900℃下燒結(jié)上述干燥后物料得最終改性后高鎳多元正極材料。

上述制備方法中，步驟1中所述的多元材料具有下列化學(xué)式表示的平均組成：

?LiNixCoyMnzA_1-x-y-zO₂

其中A表示選自Al、Mg、Ti、Zr、Nb、V、Cs、Rb組成的組中的至少一種；并且，0.5≤x≤0.8、0.1≤y≤0.3、0.1≤z≤0.3，?x+y+z≤1。