[發明專利]一種聚噻吩基高鎳三元鋰電池材料及制備方法

在審

• 申請號: 201810396629.0
• 申請日: 2018-04-28
• 公開（公告）號: CN108649195A
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發明（設計）人: 陳慶;曾軍堂
• 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;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/42;H01M10/0525
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本發明提出一種聚噻吩基高鎳三元鋰電池材料的制備方法，采用鋰鹽、鎳鹽、鈷鹽、錳鹽作為原料，然后加入堿液，鎳鈷錳沉淀，燒結得到高鎳的三元基礎材料，然后加入噻吩單體和分散體系，超聲分散后，在高速分散過程中加入強氧化劑，噻吩單體氧化聚合成聚噻吩，并與鎳鈷錳共同形成聚噻吩復合微球，然后進行噴霧干燥后得到高密實度高鎳的三元材料。本發明克服了現有高鎳三元材料循環不穩定、摻雜包覆降低密度、降低電導率的缺陷，通過噻吩單體聚合形成微球聚噻吩的引導，使高鎳三元材料形成微球，牢固的固定了微觀結構變化，提高鎳鈷錳酸鋰的壓實密度，有效解決了鎳鈷錳酸鋰正極材料鋰電池的高溫、過充、針刺條件下的安全性。

技術領域

本發明涉及鋰離子正極材料及制備技術領域，具體涉及一種聚噻吩基高鎳三元鋰電池材料及制備方法。

背景技術

鋰離子電池是目前最具有發展前途和應用前景的高能二次電池，其中，鋰離子電池正極材料是決定鋰離子電池發展的關鍵性因素。

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鍵問題阻礙了該材料的實際應用，如鋰鎳混排、高溫循環穩定性差等缺點。目前，共沉淀法是制備鎳鈷錳氫氧化物的常用方法，尤其在富鎳三元材料的燒結過程中，由于鋰鎳混排等因素導致材料表面不可避免地存在大量鋰殘渣Li₂O/LiOH。當富鎳正極材料暴露在空氣中時，鋰殘渣會吸收H₂O和CO₂轉化為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不僅會阻礙Li⁺的傳輸遷移，使富鎳正極材料的電化學性能損失極大。

因此，穩定高鎳三元的結構，減少材料與空氣或電解液的直接接觸、降低材料吸收H₂O/CO₂或與電解液發生副反應是改進富鎳材料電化學性能和安全性能的關鍵。

目前的解決方法主要包括摻雜處理和表面包覆以及兩種手段相結合。如中國發明專利申請號201710029243.1 提供了一種高鎳正極材料及其制備方法以及鋰離子電池。本發明通過在高鎳正極材料的前驅體中加入非金屬摻雜劑，加入鋰源并燒結后得到具有非金屬元素摻雜的高鎳正極材料。中國發明專利申請號201710167988.4公開了基于高鎳材料的鈷鎂共摻雜改性三元前驅體及正極材料的制備方法，將鎳鈷鎂混合溶液、氨水和氫氧化鈉混合溶液、氫氧化鈉溶液并流加入反應釜中，共沉淀反應后，先得到前驅體粉末，再將前驅體粉末與鋰鹽混合均勻，在管式爐中煅燒，研磨過篩得到高鎳三元正極材料。通過摻雜的手段進行改性處理，摻雜原子的種類和濃度對活性材料性質影響很大，在試驗過程中需要對摻雜量及元素分布進行嚴格控制，對工藝要求較高。

中國發明專利申請號201410078072.8公開了一種高鎳基鋰電池正極材料及其制備方法，包覆層材料包覆在高鎳基正極材料外與其形成殼核結構，使得該正極材料具有高鎳基正極材料的高容量和包覆層材料的熱穩定性好的優點。中國發明專利申請號201510740732.9一種包覆改性高鎳三元正極材料及其制備方法，其是以LiNixCo(1-x)/2Mn(1-x)/2O2材料為基體，其中0.6≤x≤0.9；基體外包覆有一包覆層，包覆層中含有多種納米金屬鹽和/或納米金屬氧化物；其中的陽離子金屬總質量占三元正極材料質量的0.01％～10％。通過包覆的手段進行改性處理，包覆層厚度及元素分布均勻程度難以有效控制，包覆層與三元正極材料晶格差異大，在高溫循環過程中導致包膜脫落，改性效果不佳。