[發明專利]表面包覆型三元正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710223132.4
• 申請日: 2017-04-07
• 公開（公告）號: CN106941162B
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 張會斌;趙洪東;牛龍偉;于文倩;王瑛;趙成龍
• 申請（專利權）人: 山東玉皇新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/485;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 張貴賓

本發明公開了一種表面包覆型三元正極材料及其制備方法，屬于鋰離子電池正極材料技術領域。本發明包括分子式為LiNi_xCo_1?x?yMn_yO₂的顆粒，所述LiNi_xCo_1?x?yMn_yO₂的顆粒表面覆蓋有Li₂MTiO₄納米顆粒，其中M為Ni、Co、Mn中的至少一種金屬元素。本發明LiNi_xCo_1?x?yMn_yO₂的基本晶相結構并沒有被破壞，只是在表面包覆了一種新相的納米顆粒，形成表面保護，增加正極材料表面與電解液的界面穩定性，使得材料的循環保持率得到進一步提高，強化了電化學性能。本發明正極材料表面堿度得到降低，抑制吸水性，加工性能得到改善。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池正極材料技術領域，特別涉及一種表面包覆有納米顆粒的表面包覆型三元正極材料及其制備方法。

背景技術

隨著科學技術的發展，人們對電池的需求量越來越大。鋰離子電池是以其優秀的性能，成為二次電池的主流發展方向，廣泛應用于智能手機、平板電腦、攝像機、VR等移動終端設備，也成為新能源電動汽車和儲能等領域的首選。

鋰離子電池正極材料是鋰離子電池最為關鍵的技術環節，目前市場上的主流正極材料包括錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元正極材料等。三元正極材料即鎳鈷錳酸鋰（LiNi_xCo_1-x-yMn_yO₂,0<x<1, 0<y<1, 0<x+y<1,）。隨著全球各國對鋰離子電池能量密度要求越來越高，基于三元正極材料的電池逐漸成為主流。盡快如此，三元正極材料的循環性能、穩定性還有待改善。進一步，三元正極材料還存在著表面殘鋰的問題，殘鋰是指三元正極材料表面殘留的過量氫氧化鋰、碳酸鋰等堿性化合物，它們導致了材料表面的堿度高，易吸水，對電池制作過程和最終性能產生諸多不利影響。如何降低三元正極材料的表面pH值成為行業研究熱點。

Li₂MTiO₄（M為過渡金屬）是一種新型的正極材料，具有不同于三元正極材料的巖鹽相結構。其中Ti⁴⁺的存在以及與氧原子的強鍵合，可能使過渡金屬在氧化態下更加穩定。

在公布號為CN 10322094A專利中，涉及了一種Li₂M1TiO₄氧化物與LiM2O₂氧化物的固溶體，其中M1是選自Mn、Fe、Co和Ni中的至少一種金屬元素，M2是選自Mn、Co和Ni中的至少一種金屬元素。所謂固溶體，即兩種不同材料在體相中達到互溶程度形成的均一固體材料。在CN 10322094A專利中，LiM2O₂氧化物被固溶于Li₂M1TiO₄的鈦復合氧化物中形成固溶體，雖然這種固溶法改善了Li₂M1TiO₄的可脫嵌鋰數量，但是固溶體抑制了LiM2O₂性能的發揮。而且固溶體中Li₂M1TiO₄高達50%以上，不利于電子傳導。總體而言，這種固溶體材料的比容量及循環性能遠低于三元正極材料，還無法達到商業化要求。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，克服以上現有技術的不足，提供一種表面包覆有納米顆粒的三元正極材料，以利于三元正極材料的循環性能并通過在三元材料表面生成Li₂MTiO₄（M為Ni、Co、Mn中的一種）納米顆粒，消耗三元材料表面的氫氧化鋰等殘堿，降低表面pH值。

本發明的技術方案為：