[發明專利]一種鋰離子電池高鎳正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710985579.5
• 申請日: 2017-10-20
• 公開（公告）號: CN107863524A
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 陳方;高玉仙;李道聰
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M4/525;H01M4/505;H01M10/0525
• 代理公司: 合肥市長遠專利代理事務所(普通合伙)34119
• 代理人: 段曉微,葉美琴

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種鋰離子電池高鎳正極材料及其制備方法。

背景技術

隨著新能源汽車的推廣，動力型鋰離子電池得到了極大的發展，同時針對新能源汽車對續航里程的高要求，對其能量密度、高循環性能及高安全性能也有較高的要求。提升能量密度的方法可以通過提高材料的高壓實及材料的容量這兩方面進行，針對材料的壓實提高的空間有限而且會對后期循環性能造成不利影響，因此，目前主流方向還是以提高材料的容量為主要研究方向。正極材料是鋰離子電池的關鍵材料之一，也是阻礙鋰離子電池能量密度的關鍵因素。市場上目前用來實現高能量密度的正極材料有，高電壓鈷酸鋰，高壓實三元材料及高鎳三元材料，其中高能量密度電池的實現需要使用更高容量的高鎳材料來實現。

對于高鎳三元材料Li Ni_xCo_yM_1-x-yO₂，Ni含量的升高已經成為三元材料的主流方向，隨著Ni含量的升高，材料充放電過程中可以發揮出更高的容量。但是，隨著Ni含量的升高同時也會造成Li/Ni混排的增加，即“陽離子混排”效應，使得容量發揮不出來。以及高鎳材料本身的高PH值，使得材料加工性能較差。

發明內容

基于背景技術存在的技術問題，本發明提出了一種鋰離子電池高鎳正極材料及其制備方法，改進了高鎳材料的合成方法，提高了高鎳材料的容量及循環性能。

本發明提出的一種鋰離子電池高鎳正極材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、將前驅體Ni_xCo_yM_1-x-y(OH)₂加入溶劑中持續攪拌，攪拌過程中加入有機物單體和一水氫氧化鋰，然后升溫，再加入引發劑，保溫反應，實現原位配鋰，干燥得到前驅體混合料；

S2、在惰性氣體保護下，將前驅體混合料進行一次燒結得到預包覆碳的一次燒結產物；

S3、將預包覆碳的一次燒結產物進行粉碎，在純氧氣氛中進行二次燒結，分級過篩得到鋰離子電池高鎳正極材料。

優選地，S1中，前驅體Ni_xCo_yM_1-x-y(OH)₂中，x≥0.80，優選地，M為Mn元素和/或Al元素。

優選地，S1中，溶劑為去離子水和/或乙醇，有機單體為丙烯酸和/或甲基丙烯酸，引發劑為水性引發劑或油性引發劑。

優選地，水性引發劑為高錳酸鉀和草酸的混合物、過氧化氫、過硫酸鈉、過硫酸銨、過硫酸鉀中至少一種。

優選地，油性引發劑為偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈、過氧化苯甲酰中至少一種。

優選地，S1中，前驅體Ni_xCo_yM_1-x-y(OH)₂與一水氫氧化鋰的混合比例按照Li/Ni摩爾比為0.99-1.08，有機單體與一水氫氧化鋰的摩爾比為1：1，引發劑與前驅體Ni_xCo_yM_1-x-y(OH)₂的質量比為1：98-102。

優選地，S1中，采用水浴加熱的方式升溫至45-70℃，保溫反應0.5-2h。

優選地，S1中，采用噴霧干燥機進行干燥。

優選地，S2中，惰性氣體為氮氣、氬氣和/或氦氣。

優選地，S2中，一次燒結的溫度為300-500℃，一次燒結的時間為3-8h。

優選地，S3中，二次燒結的溫度為600-800℃，二次燒結的時間為8-20h；優選地，二次燒結的溫度為700-780℃，二次燒結的時間為10-20h。若溫度過低，鋰源與前驅體反應不充分，材料層狀結構較差，會造成高鎳材料的整體性能不佳；若溫度過高，會造成高鎳材料過燒一次粒徑變大，材料層狀結構破壞，從而造成材料性能較差。

優選地，S3中，采用輥式破碎機或顎式破碎機以干法破碎的方式進行粉碎。

本發明還提出的一種鋰離子電池高鎳正極材料，采用上述鋰離子電池高鎳正極材料的制備方法制得。

本發明的有益效果：

1、本發明采用一種新的混鋰方式，通過丙烯酸和/或甲基丙烯酸與一水氫氧化鋰進行反應，然后再進行聚合反應可以使生成的有機鋰源均勻包覆在高鎳前驅體的表面，防止顆粒團聚；