[發明專利]一種鉻摻雜高電壓高鎳三元鋰電池正極材料及制備方法

在審

• 申請號: 201810367658.4
• 申請日: 2018-04-23
• 公開（公告）號: CN108467070A
• 公開（公告）日: 2018-08-31
• 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
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種鉻摻雜高電壓高鎳三元鋰電池正極材料及制備方法。將含有四價鉻的無機鹽浸入熔融氫氧化鈉中反應，分離氧化鎂后獲得含鎳、鉻的銨配合物，然后加入氧化助劑、鈷源和錳源進行球磨，接著采用共沉淀法制得鉻摻雜的NCM前驅體，在預燒、研磨粉碎后，與粉末狀鋰源混合進行富氧固相燒結，即得鉻摻雜的高鎳三元鋰電池正極材料。該方法通過四價鉻與三價鎳形成穩定鎳層結構，同時使得四價鉻在燒結中歧化價混合價態，有效抑制了鎳離子過氧化從晶格中脫離的問題，制得的高鎳三元正極材料的循環性能好，高溫性能佳，使用中鋰電池容量損失小，安全性和穩定性好，具有極好的應用前景。

技術領域

本發明涉及鋰電池領域，具體涉及鋰電池正極材料的制備，特別是涉及一種鉻摻雜高電壓高鎳三元鋰電池正極材料及制備方法。

背景技術

近年來，由于新能源汽車的大力推廣，鋰離子電池受到廣泛的關注，鋰離子電池具有電壓高、能量密度高、循環壽命長、環境污染小等優點倍受青睞。但隨著電子信息技術的快速發展，對鋰離子電池的性能也提出了更高的要求。正極材料作為目前鋰離子電池中最關鍵的材料，它的發展也最值得關注，目前鋰離子電池正極材料主要研究對象為高鎳三元正極，其主要優勢在于高容量和穩定的低溫性能。隨著各類電子產品的功能與性能不斷地提升，對電池的安全性和穩定性的要求也更加強烈，對高鎳三元正極材料也提出了更高要求。

目前針對鋰電池穩定性的改進方式主要為降低鎳含量、優化材料粒徑、降低材料比表面積、降低電池的充電截止電壓等，但這類方式都對電池本身的電化學性能有不利的影響。由于高鎳三元正極材料循環性能和高溫性能較差，摻雜改性如鎂、鋁等主要針對其可逆容量，但會帶來電池充電電壓下降的不利影響。同時制備方法對于鋰離子電池材料的性能影響很大。因此針對高鎳三元正極材料穩定性的研究和制備方法的合理運用具有十分重要的實際意義。

中國發明專利申請號201710590293.7公開了一種鋰離子電池用高鎳正極三元材料，由鋰元素、鎳元素、鈷元素、錳元素和氧元素組成，其中，鎳元素在化合物中的存在價態為+2或者+3，鈷元素在化合物中的存在價態為+3價，錳元素在化合物中的存在價態為+4價，鋰離子電池用高鎳正極三元材料為六方晶系層狀結構。還提供了上述鋰離子電池三元材料的制備方法, 以Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1(OH)₂為前驅體，LiOH/Li₂CO₃/LiNO₃為鋰源，通過高溫固相燒結法在空氣氣氛下煅燒，獲得可用作鋰離子電池的正極材料。此發明的鋰離子電池正極材料具有容量高，循環性能好，合成條件簡單，成本低的優點。

中國發明專利申請號201510672398.8公開了一種鈣摻雜鋰離子電池三元正極材料及其制備方法，屬于無機材料技術領域。該鈣摻雜鋰離子電池三元正極材料，是通過在三元材料中摻雜鈣元素，采用簡單的固相法和高溫固相燒結反應制得；制備方法為將乙酸鎳，乙酸錳，乙酸鈷，硝酸鈣和LiOH·H₂O研磨混勻，將得到的混合物，以3℃~5℃/分鐘的升溫速率，升溫至500℃，保持5~8小時。再以同樣的升溫速率升溫至700~1000℃，煅燒12~24小時，自然冷卻至室溫。此發明制備的鈣摻雜三元正極材料相比于沒有摻雜的材料，在電池比容量、循環穩定性和倍率性能等方面都有了很大的提高和改進。

中國發明專利申請號201611238223.7公開了一種鋰離子電池高電壓三元正極材料及其制備方法，采用梯度共沉淀法合成正極材料前驅體，固相法制備正極材料。合成的前驅體顆粒中鎳元素含量由內而外呈梯度分布。將所得前驅體按比例與鋰源和氟源混合研磨均勻，并放入管式爐中；在富氧空氣氣氛下預燒；再升溫至燒結，即得到目標產物。該方法制備的鋰離子電池正極材料無雜相，結晶度好，在高電壓充電條件下表現出了優異的電化學性能，是一種高能量密度正極材料，而且操作工藝較簡單，原料來源廣泛，易于實現規模化工業生產。