[發明專利]鎳鈷錳酸鋰三元復合材料的改性方法

在審

• 申請號: 201810133570.6
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN108448076A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 李桂臣;朱濤
• 申請（專利權）人: 山東豐元化學股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 楊陽

本發明屬于鋰離子電池材料制備領域，具體的說是一種鎳鈷錳酸鋰三元復合材料的改性方法，其首先通過共沉淀法制得氫氧化鎳鈷錳沉淀，之后通入酸性氣體調整到溶液的pH為6.0～7.0，之后抽濾、干燥，得到前驅體氫氧化鎳鈷錳三元材料；之后依次進行偏鋁酸鋰包覆、燒結，粉碎、分級，最后通過粒子注入法將惰性鋰粉注入到材料表面，得到富鋰三元復合材料。由于二氧化碳等酸性氣體分別與殘余的氫氧化鈉和氨水結合為碳酸氫鈉和碳酸氫銨，燒結后會留下納米孔洞，提高材料的吸液能力；同時，材料的表面注入的鋰粉對材料進行補鋰，為充放電過程中提供充足的鋰離子，提高其三元復合材料的比容量及其倍率性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池材料制備領域，具體的說是一種鎳鈷錳酸鋰三元復合材料的改性方法。

背景技術

隨著市場對電動汽車續航里程、快充技術及其安全性能的提高，要求電動汽車所配鋰離子電池具有鋰離子電池具有更高的能量密度、大的倍率性能、高的安全性能及其長的使用壽命。而三元正極材料以其能量密度高、循環壽命長等優點成為市場上的主要正極材料，目前的三元正極材料制備方法主要是通過將鎳、鈷、錳鹽混合，并添加鋰鹽進行燒結制備而成，其存在晶格結構變化等缺陷，尤其是高鎳三元正極材料，由于材料表面微結構在首次充電過程中的變化，造成三元材料的電池首次充放電效率不高，首效一般都小于90％。在循環過程中會與有機電解質中的HF發生副反應，造成Ni和Mn的溶解，從而影響了其電性能，同時材料中的鋰離子含量不足，會影響材料的首次效率及其倍率性能等電化學性能。

而目前提高三元材料克容量發揮及其倍率性能的方法之一是補充過量的鋰離子提高材料在大倍率條件下鋰離子的傳輸速率。而材料補鋰技術是近幾年發展起來的一種新型技術，即通過材料或極片補鋰，為材料或極片提供充足的鋰離子提高其材料或極片的首次效率及其倍率性能。但是如果將三元材料直接與鋰粉混合會造成鋰粉與材料表面接觸較差及其鋰粉分散不均勻，甚至造成安全隱患。而通過粒子注入法可以均勻、可控的將鋰粉注入到材料表面或內部，達到均勻、可控的材料補鋰，并提高材料的倍率等電化學性能。

發明內容

本發明提供一種鎳鈷錳酸鋰三元復合材料的改性方法，解決目前三元材料首次效率低、倍率性能差等方面存在的缺陷，通過粒子注入法對三元材料進行補鋰，提高三元材料的首次效率及其倍率性能 ，并結合材料造孔提高材料的吸液能力。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

鎳鈷錳酸鋰三元復合材料分子式為LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂，其中x>0.3,y>0,1>1-x-y>0, 所述的LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂三元復合材料含有0.1～1%wt鋰粉,其制備過程如下：

a）以鎳鈷錳的鹽溶液、堿溶液和氨水為原料，通過共沉淀法制得氫氧化鎳鈷錳沉淀；之后通入酸性氣體調整到溶液的pH為6～7；之后抽濾、干燥，得到前驅體氫氧化鎳鈷錳三元材料A；

b）配置濃度為（5～20）%偏鋁酸鋰混合液，之后添加步驟（1）中的前驅體氫氧化鎳鈷錳三元材料A，攪拌均勻后，通過噴霧干燥，制備出球形材料B；之后將材料B轉移到回轉爐中，并在溫度為（700～900）℃燒結（6～24）h，自然降溫到室溫，之后進行粉碎得到三元材料C；其中偏鋁酸鋰固含量和前驅體氫氧化鎳鈷錳三元材料A的質量比為（10～30）：100；

c）之后將鋰帶或鋰塊通過高速粒子束轟擊，將鋰粉植入在到三元材料C中，之后在磁控濺射設備中在材料C表面進行碳沉積包覆，最后得到表面包覆有鋰粉和碳材料的三元復合材料。