[發(fā)明專利]一種氧化鍺氣凝膠網(wǎng)絡(luò)的高鎳三元鋰電池材料及制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810189198.0
• 申請日: 2018-03-08
• 公開（公告）號: CN108448081A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳慶;曾軍堂
• 申請（專利權(quán)）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種氧化鍺氣凝膠網(wǎng)絡(luò)的高鎳三元鋰電池材料及制備方法，屬于鋰離子電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種氧化鍺氣凝膠網(wǎng)絡(luò)的高鎳三元鋰電池材料及制備方法。該方法通過氧化鍺和碳納米管凝膠的均勻網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，預(yù)先穩(wěn)定氫氧化鎳，使在網(wǎng)絡(luò)的微孔結(jié)構(gòu)中形成具有片形的氫氧化鎳；然后進(jìn)一步使鈷鹽、鋰鹽、錳鹽分散其中生長，使得高鎳三元顆粒大小均勻分布，且元素分布均勻；同時氧化鍺對高鎳三元材料的微顆粒進(jìn)行保護(hù)，阻礙與電解液反應(yīng)。另外，添加的碳納米管在高氧環(huán)境下?lián)p失，形成微通道，利于離子遷移。本發(fā)明方法制備得到的高鎳三元材料，循環(huán)穩(wěn)定性好，在1C恒流充放電循環(huán)50次后容量保持率由包覆前的68%提高到97.8%。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氧化鍺氣凝膠網(wǎng)絡(luò)的高鎳三元鋰電池材料及制備方法，屬于鋰離子電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鋰離子電池是一種二次電池（即充電電池），它主要依靠鋰離子（Li+）在正極和負(fù)極之間移動來工作。在充放電過程中，Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；放電時則相反。

和傳統(tǒng)的蓄電池比較起來，鋰離子電池不但能量更高，放電能力更強(qiáng)，循環(huán)壽命更長，因此，鋰離子電池在電動汽車的應(yīng)用具有廣闊的前景。在鋰離子電池中，正極材料是其最重要的組成部分，也是決定鋰離子電池性能的關(guān)鍵。特別是富鎳的鎳鈷錳酸鋰三元材料，由于具有較高的比容量,被認(rèn)為是最具潛力的下一代鋰離子電池材料。但是富鎳三元材料目前仍然存在一些關(guān)鍵問題阻礙了該材料的實際應(yīng)用，如鋰鎳混排、高溫循環(huán)穩(wěn)定性差等。尤其在富鎳三元材料的燒結(jié)過程中，由于鋰鎳混排等因素導(dǎo)致材料表面不可避免地存在大量鋰殘渣Li₂O/LiOH。當(dāng)富鎳正極材料暴露在空氣中時，鋰殘渣會吸收H₂O和CO₂轉(zhuǎn)化為LiOH/Li₂CO₃并附著在富鎳正極材料的表面。有研究表明，這些附著在富鎳正極材料表面的物質(zhì)不僅會阻礙Li+的傳輸遷移，使富鎳正極材料的電化學(xué)性能損失極大。

因此，穩(wěn)定高鎳三元的結(jié)構(gòu)，減少材料與空氣或電解液的直接接觸、降低材料吸收H2O/CO2或與電解液發(fā)生副反應(yīng)是改進(jìn)富鎳材料電化學(xué)性能和安全性能的關(guān)鍵。

申請?zhí)枮?01610181447.的發(fā)明專利公開了一種鉬酸鋰表面修飾鋰離子電池富鎳正極材料及其制備方法。該鋰離子電池富鎳材料的化學(xué)式為：LiNiaCobM1-a-bO2（其中a、b為摩爾數(shù)，0.5≤a≤1，0≤b≤0.2，M為金屬離子Mn、Al和Fe中的一種或幾種，Li2MoOx為表面修飾層材料鉬酸鋰，3≤x≤4）。該發(fā)明通過簡單的液相前驅(qū)體制備、表面修飾和高溫固相燒結(jié)反應(yīng)，制備出鉬酸鋰表面修飾鋰離子電池富鎳材料。鉬酸鋰表面修飾層具有很好的鋰離子導(dǎo)電性，有利于鋰離子的脫嵌。利用鉬酸鋰表面修飾富鎳正極材料可大幅提高富鎳正極材料的倍率性能、循環(huán)性能和安全性能，制備方法的原材料易得，操作簡單，成本低，易實現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

申請?zhí)枮?01610523705.0的發(fā)明專利公開了一種包覆鎳鈷錳酸鋰的方法及所得的鎳鈷錳酸鋰材料。該包覆鎳鈷錳酸鋰的方法，利用低鎳含量的鎳鈷錳酸鋰材料包覆高鎳含量的鎳鈷錳酸鋰材料。通過包覆修飾鎳鈷錳酸鋰表面，維持鎳鈷錳酸鋰自身較高的初始容量，循環(huán)性能得到了大大的改善，尤其是在高溫高倍率下，多次循環(huán)后電池的容量衰減明顯減少，減少了電解液與電極材料的副反應(yīng)，阻止了Ni2+，Co3+,Mn4+金屬離子的溶解，從而降低了電池的阻抗，大大改善了材料的電化學(xué)性能；同時利用低鎳的三元材料包覆鎳鈷錳酸鋰材料，克服了以往利用常規(guī)氧化物包覆所產(chǎn)生的相面阻抗高，Li+遷移速率少，材料的功率性能差等缺陷。