[發明專利]一種大氣環境制備低混排鋰電池高鎳三元正極材料的方法

在審

• 申請號: 201810189245.1
• 申請日: 2018-03-08
• 公開（公告）號: CN108483514A
• 公開（公告）日: 2018-09-04
• 發明（設計）人: 陳慶;廖健淞
• 申請（專利權）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
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本發明涉及一種大氣環境制備低混排鋰電池高鎳三元正極材料的方法，屬于鋰離子電池正極材料技術領域。本發明解決的技術問題是提供一種大氣環境制備低混排鋰電池高鎳三元正極材料的方法。該方法采用無水粘土吸收的強氧化性的有機溶劑，抑制三價鎳還原為二價鎳。同時包覆在表層的粘土可以吸附空氣中的水分，降低正極材料的水含量，使制備過程可以在大氣環境下進行。而且粘土不吸收電磁波，使燒結過程中能量集中于內部三元材料，在降低能耗的同時可以降低有機溶劑的揮發。解決了傳統高鎳三元材料在制備過程中對于氧氣的依賴性，降低對設備和制備環境的要求。本發明方法制備得到的高鎳三元正極材料，為低混排鋰電池高鎳三元正極材料，循環穩定性好。

技術領域

本發明涉及一種大氣環境制備低混排鋰電池高鎳三元正極材料的方法，屬于鋰離子電池正極材料技術領域。

背景技術

鋰離子電池作為清潔高效的能源已經廣泛應用于照相機、手機、筆記本電腦等便攜式移動設備，并逐漸應用于電動汽車。鋰離子電池正極材料是鋰離子電池中最關鍵的部分，正是因為正極材料的許多問題，限制了鋰離子電池的一些應用。為了使鋰離子電池的應用范圍更廣泛、更容易朝大型化發展，提高正極材料性能十分必要。

目前商品化的鋰離子電池正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸亞鐵鋰及鎳鈷錳/鋁酸鋰。其中，鈷酸鋰是市場占有率最大的正極材料，但是鈷資源嚴重稀缺，價格昂貴，且在過充電時存在安全隱患，其在大容量電池中的應用受到了很大的制約。層狀的錳酸鋰雖然具有200mAh·g^-1的比容量，但是結構穩定性很差，而尖晶石型的錳酸鋰比容量很低，而且高溫下的結構穩定性有待加強。磷酸亞鐵鋰材料振實密度低、加工性能差，限制了該材料的進一步應用。鎳鈷錳酸鋰采用相對廉價的鎳和錳取代了鈷酸鋰中大量的鈷，因而其在降低成本方面具有非常明顯的優勢；同時，它結構穩定，安全性能好，具有較高的電導率和熱穩定性。和其他鋰離子電池正極材料相比，鎳鈷錳/鋁酸鋰材料和鈷酸鋰材料的電化學性能和加工性能非常接近，是最有可能取代鈷酸鋰的一種材料，具有非常大的市場前景。

雖然鎳鈷錳/鋁酸鋰有眾多的優點但是鎳鈷錳/鋁酸鋰的放電比容量較低。目前解決這一問題的方法為提高鎳含量，但高鎳的鎳鈷錳/鋁酸鋰，鎳和鋰在材料內部易發生混排現象造成鋰的析出，當空氣濕度較大時，析鋰現象是比較嚴重的。如何降低高鎳型三元電池的鎳鋰混排現象，提高電池的穩定性為當前的研究熱點。

中國專利CN107689451A公開了一種合成動力型、納米纖維的三元材料及其制備方法。通過該發明的方法合成出的納米纖維具有結構連續，尺寸統一和分布均勻的優點，提高了材料的反應活性面積，降低了鋰離子在脫出和嵌入時的擴散路徑，金屬離子(Mg²⁺、Al³⁺、Cr⁴⁺和Ti⁴⁺)摻雜降低了陽離子混排的程度，減小了鋰離子擴散的阻礙，使材料具有更高的比容量和更好倍率性能。

中國專利CN107611372A公開了一種高容量高電壓鋰電池正極材料及其制備方法，所述方法將三元前驅體加水攪拌，然后滴加鋁溶膠溶液攪拌、過濾、烘干，接著與鋰鹽混合，一次燒結，粉碎，過篩，然后加入水中攪拌，加入Co鹽,得到正極材料漿液；將正極材料漿液過濾、洗滌、烘干得到正極材料粉末；最后正極材料粉末與鋰鹽混合后二次燒結，粉碎，過篩制備出高容量高電壓鋰離子電池正極材料。通過對正極材料前驅體進行Al摻雜，能夠阻止混排，提高首效，并通過鈷酸鋰包覆提高材料的循環性能與電解液在高電壓下的穩定性。

綜上，目前對于鎳鋰混排的解決方案大多為摻雜和包覆，這些方法均難以進一步有效降低其鎳鋰混排現象，加上制備工藝的精細程度較高，高鎳型三元電池的量產國內尚未完全實現。