[發明專利]一種穩定的鎳鈷錳酸鋰三元鋰電池正極片及制備方法

有效

• 申請號: 201710160824.9
• 申請日: 2017-03-17
• 公開（公告）號: CN106935799B
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發明（設計）人: 陳慶;王鐳迪;曾軍堂
• 申請（專利權）人: 江蘇潤寅石墨烯科技有限公司
• 主分類號: H01M4/131
• 分類號: H01M4/131;H01M4/1391;H01M4/04;H01M4/62;H01M4/66;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/36;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州天河萬研知識產權代理事務所(普通合伙) 44418
• 代理人: 劉強;陳軒

本發明提供一種穩定的鎳鈷錳酸鋰三元鋰電池正極片及制備方法，利用激光加熱煅燒，使鉬粉、鎢粉、螢石粉燒結形成金屬陶瓷層，三元材料前驅物制備成膠體直接涂金屬陶瓷層，然后進行燒結得到由金屬陶瓷穩定的鎳鈷錳酸鋰三元正極片。本發明提供上述方法克服了現有技術中對三元活性材料鎳鈷錳酸鋰先改性后制漿涂覆，工藝步驟繁瑣，電池性能受到分散工藝水平影響較大，產品性能不易控制的技術缺陷，實現了提高鎳鈷錳酸鋰三元材料高電壓循環穩定性，提高了電池的放電比容量的技術效果。進一步，簡化了鎳鈷錳酸鋰三元鋰電池正極片生產工藝，產品性能易于控制，適合大規模工業化生產。

技術領域

本發明涉及電池材料領域，具體涉及一種穩定的鎳鈷錳酸鋰三元鋰電池正極片及制備方法。

背景技術

鋰離子電池是性能卓越的新一代綠色高能電池，已成為高新技術發展的重點之一。鋰離子電池具有以下特點：高電壓、高容量、低消耗、無記憶效應、無公害、體積小、內阻小、自放電少、循環次數多。因其上述特點，鋰離子電池已應用到移動電話、筆記本電腦、攝像機、數碼相機等眾多民用及軍事領域。鋰離子電池的主要構成材料包括電解液、隔離材料、正負極材料等。正極材料占有較大比例（正負極材料的質量比為3: 1~4：1），因為正極材料的性能直接影響著鋰離子電池的性能，其成本也直接決定電池成本高低。目前，鋰離子電池的正極活性材料主要有鈷酸鋰(LiCoO₂)、鎳酸鋰(LiNiO₂)、錳酸鋰(LiMn₂O₄) 以及鐵酸鋰(LiFePO₄) 、三元材料( NCM/NCA )等，隨著動力鋰電池技術的發展，鋰離子動力電池正極材料逐步向著高電壓、高安全性、低成本、高能量密度的方向發展。三元材料LiNixCoyMnzO₂(x+y+z＝1) 以其較低的價格，高的倍率放電性能，良好的循環性能得到了人們的普遍關注。尤其是當電壓范圍從3.0-4.2V提高至3.0-4.3V 時，三元材料LiNixCoyMnzO₂(x+y+z＝1) 的放電克容量發揮可以從原先的160-170mAh/g 左右提升至171-182mAh/g，是動力電池較佳的選擇。然而，此類三元材料在高電壓下容易與電解液發生反應，具有極不穩定性，從而影響了推廣使用。

中國專利申請號201410325663.0公開了一種鎳鈷錳酸鋰改性材料，該發明通過利用摻雜金屬離子的錳酸鋰作為包覆層，包覆在鎳鈷錳酸鋰或摻雜金屬離子的鎳鈷錳酸鋰表面，不僅使得鎳鈷錳酸鋰在充放電過程中的耐過充性能增強，防止其結構塌陷，提高了鎳鈷錳酸鋰的穩定性，而且提高了鎳鈷錳酸鋰的充電截止電壓，使其具有良好的循環性能、倍率性能及安全性能。

中國專利申請號201510365733.X公開了一種磷酸錳鋰包覆鎳鈷錳酸鋰正極材料及其制備方法，包括鎳鈷錳酸鋰和包覆在所述鎳鈷錳酸鋰表面的磷酸錳鋰，相對于未包覆的鎳鈷錳酸鋰，尤其顯著提高了鎳鈷錳酸高電壓（4.4V）下循環穩定性；同時磷酸錳鋰本身作為正極材料具有較高的電壓（4.1V），包覆后促進了鎳鈷錳酸鋰材料表面鋰離子傳導，提高了其倍率性能。

中國專利申請號201610125849.0提供了一種改性的鎳鈷錳酸鋰正極材料，包括鎳鈷錳酸鋰材料、復合在所述鎳鈷錳酸鋰材料表面的磷酸錳鋰，以及復合在所述磷酸錳鋰表面的石墨烯。本發明通過雙重復合改性的鎳鈷錳酸鋰材料，其中包覆在顆粒表面的一層LiMnPO₄提高了材料在高截止電壓下的界面穩定性；包覆在外層的石墨烯提高了材料的電子導電率，減弱了極化效應。

由此可知，為了提高正極活性材料的鎳鈷錳酸鋰在高電壓下結構及工作性能的穩定性，目前主要采用的方法為先對鎳鈷錳酸鋰材料進行離子摻雜和表面包覆，再將改性處理后的三元活性材料鎳鈷錳酸鋰經過制漿，均勻分散涂布在正極基片上，工藝步驟繁瑣，電池性能受到分散工藝水平影響較大，產品性能不易控制。因此，有必要開發出另一種簡單工藝來制備穩定的鎳鈷錳酸鋰三元鋰電池正極片。

發明內容