[發明專利]一種鋰二次電池高鎳正極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201811155576.X
• 申請日: 2018-09-29
• 公開（公告）號: CN109786734A
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 申蘭耀;沈偉;王勝彬;于永利;趙彬濤;盧曦;蔣寧;周恒輝
• 申請（專利權）人: 北京泰豐先行新能源科技有限公司;北大先行科技產業有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理事務所(普通合伙) 11200
• 代理人: 余長江

本發明公開了一種鋰二次電池高鎳正極材料的其制備方法，對制備工藝進行改進優化，可以得到有效元素摻雜的高鎳三元材料，在保持材料層狀結構完善的前提下，有效提升了材料的比容量循環壽命，避免了過度的Li/Ni混排以及鎳離子的被還原，并且燒結氣氛不受限制，可以是空氣、氧氣或氮氣的任意一種或組合，生產工藝更加靈活。本發明還公開了一種鋰二次電池高鎳正極材料。

技術領域

本發明屬于電池技術領域，具體涉及一種鋰二次電池高鎳正極材料的制備方法。

背景技術

相對于其他二次電池體系，鋰離子電池由于其能量密度高，自放電小，循環壽命長等優勢已經廣泛應用在筆記本，手機等數碼電子產品中。雖然早在1873年，英國人RobertDavidson首次在馬車的基礎上利用鐵鋅電池制造出了第一輛電動三輪車，但由于早期電池過于笨重，能量密度和循環壽命均不能滿足要求。隨著2012年特斯拉Model S純電動乘用車正式下線交付消費者，特別是近年來環境污染的日益嚴重以及石油價格的波動，鋰離子電池驅動的純電動汽車的發展越來越引起政府和企業方面的關注。

目前限制純電動汽車發展的一個關鍵因素就是其續航里程還不能充分滿足人們的生活需求。因此，開發高能量密度、長循環壽命的鋰離子電池正極材料變得越來越迫切。其中高鎳體系的正極材料特別是NCA和NCM811等材料由于其較高的放電容量和電壓平臺，引起了人們的廣泛關注和研究。

鎳鈷鋁酸鋰等高鎳材料雖然具有比較高的充放電比容量，但隨著材料體系中鎳含量的升高，材料的結構穩定性變差。尤其是體現在高鎳三元素材料的制備過程中，為了完整層狀結構的生成，避免過度的Li/Ni混排以及鎳被還原成二價，隨著鎳含量的升高，最優的燒結溫度需要不斷降低。

但為了提升高鎳三元材料在電池充放電循環過程中的結構穩定性，過渡金屬元素摻雜又是必要的關鍵手段。但在量產的混料燒結步驟中引入過渡金屬元素通常需要較高的燒結溫度才能保證摻雜元素引入到材料的本體中，真正起到有效的摻雜作用。這本身與高鎳三元材料需要較低的燒結溫度相矛盾，尤其體現在摻雜型高鎳材料制備過程中。

一種向鋰二次電池三元鎳鈷錳正極材料中引入摻雜元素的方法是在三元前驅體的制備過程中即引入想要進行摻雜的元素，通常是在共沉淀的過程中將想要摻雜的元素的可溶性鹽引入到三元鎳鈷錳硫酸鹽體系中，同時通過氨水和氫氧化鈉溶液的絡合即pH值等參數的調控來達到共沉淀的目的。如申請號為03153034.6的專利，利用共沉淀的方法將想要摻雜的元素與本體元素的可溶性鹽，通過氫氧化鈉得到共沉淀的摻雜型氫氧化物。但受限于濕法共沉淀制備前驅體沉淀平衡常數的影響，想要不同金屬元素共同沉淀仍然受限于元素種類和含量的影響。如申請號200410101824.4的專利通過溶膠凝膠法將摻雜元素、本體元素和有機酸絡合劑制備摻雜型的前驅體，但該方法涉及有機物煅燒，存在環境污染風險，工業應用面臨較大困難。并且通過前驅體中引入摻雜元素通常都是本體引入，而高鎳材料結構的破壞通常都是由與電解液接觸的表面結構開始的，不能形成有效的表層摻雜，實際效果并不理想。又如申請號為201710883429.3的專利，利用類單晶前驅體制備單晶形貌的高鎳正極材料。但受限于制備類單晶前驅體液體添加劑、潤濕劑的使用，實際制備過程較為復雜，并且涉及有機物的燃燒分解反應，且預制過程溫度較低，難以實現有效的摻雜過程，因此實際應用過程存在困難。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種鋰二次電池高鎳正極材料的制備方法，通過優化制備工藝，可以得到有效元素摻雜的高鎳三元材料，在保持材料層狀結構完善的前提下，有效提升了材料的比容量循環壽命，避免了過度的Li/Ni混排以及鎳離子的被還原。

本發明的另一目的是提供一種鋰二次電池高鎳正極材料。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種鋰二次電池高鎳正極材料的制備方法，包括如下步驟：