[發明專利]一種三元鋰電材料、其制備方法與鋰離子電池

有效

• 申請號: 201811234723.2
• 申請日: 2018-10-23
• 公開（公告）號: CN109216688B
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 石謙;齊士博;陳小平;肖君林;彭俊明
• 申請（專利權）人: 桑頓新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

本發明提供了一種三元鋰電材料的制備方法，包括以下步驟：A)將鎳源、鈷源和錳源球磨活化，得到混合物料；B)將所述混合物料、鋰源、助熔劑、M的化合物和聚乙烯醇混合，噴霧干燥后壓制，得到塊狀物；C)將所述塊狀物焙燒后粉碎，得到類單晶三元材料；D)將所述類單晶三元材料和包覆物源研磨后焙燒，得到三元鋰電材料；所述包覆物源為LiCO₃和LiOH·H₂O中的一種與Al₂O₃、ZrO₂和TiO₂中的一種或多種。本申請還提供了上述三元鋰電材料與一種鋰離子電池。本申請提供的三元鋰電材料的制備方法通過原料的自熔合作用一次合成類單晶三元正極材料，粒徑大且分布均勻，作為正極材料高溫存儲性能和高溫循環性能優異。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池電極材料技術領域，尤其涉及一種三元鋰電材料、其制備方法與鋰離子電池。

背景技術

近年來，鋰離子電池由于具有比能量高、體積小、質量輕和循環性能長等優點，不僅被廣泛地應用于筆記本電腦、數碼相機、移動設備等便攜式電子設備，而且逐漸被應用于電動車、混合電動車、儲能電源等大功率設備。為了滿足大功率設備的要求，高能量密度、低成本、高壓循環穩定性好的正極材料的開發成為電池正極材料的研究熱點。鎳鈷錳酸鋰(NCM)三元正極材料(LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂，0＜x，y＜1)具有能量密度高、安全性能好、成本低廉的優點，成為新一代鋰電正極材料。

商業化的NCM三元正極材料多用于充電電壓為4.2V的電池上，其比電容量范圍為140～200mAh/g，而通過提高充電電壓(＞4.3V)來實現更高的利用三元材料本身理論容量(275mAh/g)是一種有效手段。目前影響三元材料循環壽命的因素有：1)循環過程中表面晶體結構的重構；2)在循環過程中由于各向異性的體積膨脹導致的二次顆粒破裂。研究發現，二次顆粒內部的顆粒與顆粒的連接結構會造成局部的電流密度上升，從而產生很大的應力，從而影響材料的循環性能；同時，顆粒內部的各個部分之間，也存在著充電狀態不一致的現象，這會影響電極的電化學性能。

另外，當脫鋰量較大時，NCM三元材料的結構變得十分脆弱，晶格內活性金屬和氧發生位移，達到一定的高溫高壓，原子重排再構逐步加劇，晶粒體積和物相發生較大變化；另一方面，與電解液發生化學和電化學作用，導致材料容易脫氧、過渡金屬溶解，特別在高電壓下電解液會被氧化，產生H⁺，提高了電解液的酸度，從而使電極材料表面膜遭到HF的破壞，界面的成分和結構進一步被改變，嚴重影響材料電化學性能和循環性能。

目前，有關制備單晶三元材料的方法一般為：先用鎳鈷錳的硫酸鹽采用共沉淀法制備鎳鈷錳氫氧化物前驅體或鎳鈷錳草酸鹽前驅體，然后加入鋰源焙燒得到三元正極材料，此方法工藝復雜成本高，且類單晶顆粒粒徑小(3～7μm)，容易產生微粉影響電池循環穩定性及安全性。

發明內容

本發明解決的技術問題在于提供一種三元鋰電材料的制備方法，本申請提供的制備方法制備的三元鋰電材料粒徑大且粒徑分布均勻無微粉，由此其高溫存儲性能、高溫循環性能優異。

有鑒于此，本申請提供了一種三元鋰電材料的制備方法，包括以下步驟：

A)將鎳源、鈷源和錳源球磨活化，得到混合物料；

B)將所述混合物料、鋰源、助熔劑、M的化合物和聚乙烯醇混合，噴霧干燥后壓制，得到塊狀物；所述M的化合物中的M選自鋁、鎂、鈦、鋯、鐵、鈣、鋅、硅、鑭系元素和錒系元素中的一種或多種；

C)將所述塊狀物焙燒后粉碎，得到類單晶三元材料；