[發明專利]一種核殼結構的鋰電池三元正極材料及制備方法

在審

• 申請號: 201810192910.2
• 申請日: 2018-03-09
• 公開（公告）號: CN108448083A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 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: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及鋰電池材料領域，公開了一種核殼結構的鋰電池三元正極材料及制備方法。包括如下制備過程：（1）將三元正極材料前驅體30~35份、有機溶劑40~50份，研磨至納米級別，然后與微孔空心球狀富鋰化合物20~25份復合，使三元正極材料前驅體充分進入微孔空心球狀富鋰化合物的空心，加熱預燒制得核殼結構的粉體材料；（2）將粉體材料浸入鋰鹽溶液中，在70~90℃下快速攪拌2~2.5h；（3）進行過濾、烘干，然后在300~350℃下固相燒結3~5h，即得核殼結構的鋰電池三元正極材料。本發明復合三元正極材料的容量高，有效解決了傳統富鋰基三元材料首次脫鋰引起的容量衰減劇烈的問題，首次放電衰減小，三元正極材料的穩定性好，應用前景好。

技術領域

本發明涉及鋰電池材料領域，公開了一種核殼結構的鋰電池三元正極材料及制備方法。

背景技術

鋰離子電池是性能卓越的新一代綠色高能電池，已成為高新技術發展的重點之一。鋰離子電池具有以下特點：高電壓、高容量、低消耗、無記憶效應、無公害、體積小、內阻小、自放電少、循環次數多。因其上述特點，鋰離子電池已應用到移動電話、筆記本電腦、攝像機、數碼相機等眾多民用及軍事領域。鋰離子電池隨著電動汽車的發展一路走高，目前已經成為電動汽車動力的主要來源。其種類繁多，各具特色，在未來的較長時間都難以被其他動力所取代。

鋰離子電池是以2種不同的能夠可逆地插入及脫出鋰離子的嵌鋰化合物分別作為電池的正極和負極的2次電池體系。充電時，鋰離子從正極材料的晶格中脫出，經過電解質后插入到負極材料的晶格中，使得負極富鋰，正極貧鋰；放電時鋰離子從負極材料的晶格中脫出，經過電解質后插入到正極材料的晶格中，使得正極富鋰，負極貧鋰。這樣正負極材料在插入及脫出鋰離子時相對于金屬鋰的電位的差值，就是電池的工作電壓。其中正極材料占有較大比例，其性能直接影響著鋰離子電池的性能，其成本也直接決定電池成本高低。

目前鋰離子電池正極材料主要研究對象有高鎳三元正極和富鋰正極。其中高鎳含量三元層狀材料憑借比容量高、成本較低和安全性優良等優勢，成為研究的熱點，被認為是極具應用前景的鋰離子動力電池正極材料；富鋰層狀結構正極材料的理論比容量高，實際可利用容量大，能量密度高，是非常重要候選正極材料，但兩者各自在循環穩定性和首次循環效率存在局限性，因此，這也成為鋰電池正極材料研究中非常重要的內容。

中國發明專利申請號201710719871.2公開了一種金屬固溶體修飾高鎳三元正極材料及其制備方法，材料為核殼結構，其由內向外依次包括高鎳三元正極材料基體、過渡層以及包覆層，包覆層包括金屬鋰鹽，以及一種或多種異質金屬前驅和高鎳三元正極材料前驅反應生成的固溶體正極活性物質，過渡層為異質金屬元素摻雜的高鎳三元正極材料。其制備方法包括以下步驟：（1）將高鎳三元正極材料前驅、異質金屬前驅、鋰鹽均勻混合，形成混合物；（2）對混合物進行高溫煅燒得到所述金屬固溶體修飾高鎳三元正極材料。其工藝流程簡單，生產過程環保，金屬固溶體修飾高鎳三元正極材料具有更好的熱穩定性，充放電比容量和優異的循環性能，其能夠滿足對高容量，高安全有需求的消費領域。

中國發明專利申請號201510370957.X公開了一種富鋰正極材料及其制備方法和應用，該富鋰正極材料具有核殼結構，由核心材料富鋰固溶體與具有鋰離子傳導能力的層狀三元材料、尖晶石結構材料中的一種的殼層材料組成。其制備方法一包括：核心材料的制備、包覆有殼層材料前驅體的核心材料的制備、核殼結構材料的預燒結處理和高溫燒結處理。方法二包括：核心材料前驅體的制備、梯度結構前驅體材料的制備、核殼結構材料的預燒結處理和高溫燒結處理。本發明的制備方法工藝過程簡單，無毒無害，原料簡單，副產物少，適合大規模生產等優點，制得的富鋰正極材料具有梯度結構，該結構具體化功能效應，核心具有高容量特性，表面能夠提高材料循環穩定性，可廣泛應用于鋰離子電池中。

根據上述，現有方案中富鋰正極電壓較高，導致容量較大，而高鎳三元正極容量相對較差，同時高溫高壓穩定性較低，但其電導率相對較高，而現有的將二者的復合的技術，首次循環效率和穩定性的問題仍然難以得到解決，本發明提出了一種核殼結構的鋰電池三元正極材料及制備方法，可有效解決上述技術問題。