[發(fā)明專利]一種改性的高比容量正極材料及其制備方法在審
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201710195740.9 | 申請(qǐng)日： | 2017-03-29 |
| 公開（公告）號(hào)： | CN106935828A | 公開（公告）日： | 2017-07-07 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 牛龍偉;張會(huì)斌;趙洪東;王瑛;趙成龍;于文倩 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 山東玉皇新能源科技有限公司 |
| 主分類號(hào)： | H01M4/36 | 分類號(hào)： | H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/485;H01M10/0525 |
| 代理公司： | 濟(jì)南泉城專利商標(biāo)事務(wù)所37218 | 代理人： | 張貴賓 |
| 地址： | 274000 山*** | 國省代碼： | 山東;37 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 改性 容量 正極 材料 及其 制備 方法 | ||
（一）技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于鋰離子電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種改性的高比容量正極材料及其制備方法。
（二）背景技術(shù)
與其他傳統(tǒng)二次電池相比，鋰離子電池具有體積小、電壓高、比容量大和能量密度高等諸多優(yōu)點(diǎn)，目前3C類電子應(yīng)用廣泛，另外在國家的政策導(dǎo)向和大力扶持下，逐漸應(yīng)用在汽車動(dòng)力電池中。
鋰電池最重要的組成部分是正極材料，正極材料中的高鎳三元正極材料可使電池具有很高的能量密度，被現(xiàn)今電池企業(yè)所看好。但是一方面，在高鎳材料中，鈷元素含量較少，Ni2+ 與Li+ 的離子半徑較接近容易出現(xiàn)陽離子混排現(xiàn)象，使得材料在空氣中容易發(fā)生析鋰現(xiàn)象，導(dǎo)致材料的電化學(xué)性能變差；另一方面，錳元素的存在能降低成本和改善材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性，高鎳三元材料與電解液接觸會(huì)使部分金屬離子溶解，在反復(fù)充放電過程中使材料出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，不利于循環(huán)性能的提高；再一方面，材料的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)及電子電導(dǎo)率有待進(jìn)一步提高。
（三）發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種能力密度高、循環(huán)性能好的改性的高比容量正極材料及其制備方法。
本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
一種改性的高比容量正極材料，其特征在于：所述正極材料由內(nèi)向外包括核芯、第一殼層、第二殼層和包覆層；
所述核芯為LixNiaCobMn1-a-bO2，其中1＜x＜1.10，0.8＜a＜1，0＜b＜0.2；
所述第一殼層為LiyNicCodMn1-c-dMeO2，其中1＜y＜1.10，0.6＜c＜1，0＜d＜0.4，0.001＜e＜0.05；
所述第二殼層為LizNifCogMn1-f-gNhO2，其中1＜z＜1.10，0.5＜f＜1，0＜g＜0.5，0.001＜h＜0.05；
所述包覆層為B的化合物，B元素占Ni、Co、Mn總摩爾比為0.005-0.05。
為了改善高鎳三元材料的循環(huán)問題，本發(fā)明采用由內(nèi)而外為核心、殼層和包覆層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，殼層和包覆層進(jìn)行元素?fù)诫s改性進(jìn)而提高材料輸出性能和循環(huán)性能。
本發(fā)明的更優(yōu)技術(shù)方案為：
所述第一殼層中的M為第一摻雜組分，包括Al、Mg、Zn、Zr中的至少一種；第二殼層中的N為第二摻雜組分，包括W、Ce、Ti、Mo、F中的至少一種。
所述核芯、第一殼層、第二殼層中Ni的比例關(guān)系為a≥c≥f。
所述第一殼層、第二殼層中Ni、Co、Mn的總摩爾數(shù)均與核芯中Ni、Co、Mn的總摩爾數(shù)之比小于0.2。
本發(fā)明所述的改性的高比容量正極材料的制備方法，包括如下步驟：
（1）將可溶性的金屬鎳鹽、鈷鹽和錳鹽化合物溶于去離子水中，配置成混合鹽A溶液；將可溶性的金屬鎳鹽、鈷鹽和錳鹽及M元素化合物溶于去離子水中，配置成混合鹽B溶液；將可溶性的金屬鎳鹽、鈷鹽和錳鹽及N元素化合物溶于去離子水中，配置成混合鹽C溶液；
（2）將混合鹽A溶液、氫氧化鈉溶液、氨水分別緩慢加入惰性氣氛下的去離子水中反應(yīng)，再將混合鹽A溶液替換為混合鹽B溶液反應(yīng)，最后將混合鹽B溶液替換為混合鹽C溶液，反應(yīng)完成后，經(jīng)過濾、洗滌和干燥，得到改性的高比容量正極材料氫氧化物前驅(qū)體；
（3）將改性的高比容量正極材料氫氧化物前驅(qū)體粉末與鋰鹽粉末均勻混合，經(jīng)多段高溫煅燒，得到改性的高比容量正極材料；
（4）將改性的高比容量正極材料與硼的化合物混合均勻，經(jīng)恒溫煅燒，得到有包覆層的改性的高比容量正極材料。
其優(yōu)選的是：
步驟（1）中，金屬鎳鹽、鈷鹽和錳鹽化合物分別為硝酸銨、硫酸鹽和氯化鹽中的一種或幾種。
步驟（2）中，洗滌后上清液的電導(dǎo)率小于10μS/cm，干燥條件為真空條件下100-110℃。
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