[發明專利]一種提高鋰離子電池正極材料表面結構穩定性的方法

在審

• 申請號: 201910901287.8
• 申請日: 2019-09-23
• 公開（公告）號: CN110783563A
• 公開（公告）日: 2020-02-11
• 發明（設計）人: 陳龍;夏昕;李道聰;楊茂萍
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M4/50;H01M4/525;H01M4/48;H01M4/36;H01M10/0525
• 代理公司: 34115 合肥天明專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 張夢媚

本發明公開了一種提高鋰離子電池正極材料表面結構穩定性的方法，包括以下步驟：將鎳鈷錳層狀正極材料和納米氧化物混合后在氣氛中燒結，得到表面預包覆的正極材料；將所述預包覆的正極材料加入水中攪拌清洗后，分離、烘干得到表面結構穩定的鋰離子電池正極材料。本發明中利用納米氧化物初步消耗物料表面游離鋰，使其占據部分正極材料表面穩定表面，在經過水洗清洗材料表面剩余游離鋰后低溫烘干，從而防止晶格鋰析出，防止材料pH返增，可提高正極材料表面的濕度耐受性，提高加工性能，改善正極材料循環穩定性。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種提高鋰離子電池正極材料表面結構穩定性的方法。

背景技術

鎳鈷錳基層狀正極材料Li(Ni_xCo_yMn_zM_1-x-y-z)O₂(0.8≤x<1，0<y≤0.1，0≤z≤0.1)由于其理論容量高(275mAh/g)的特點使得其鋰離子動力電池高能量體系主要方案。但是隨著鎳含量增高，材料表面的游離鋰含量增加，導致材料殘堿度較高，表面結構在鋰離子反復脫嵌過程中結構遭到破壞，并與電解液反應，導致循環性能差。同時殘料表面殘堿會導致嚴重的脹氣現象，嚴重影響了全電池的安全性能。

目前解決上述問題的主要思路是通過體相摻雜穩定晶格，且通過水洗降低表面殘堿同時對材料表面進行包覆來穩定界面。針對Ni含量＞80mol％改善結構穩定性的專利中，公開號為CN104518214A的中國專利中對富鋰材料采用的水洗工藝為混合原料工藝，無法達到降低pH的結果。公開號為CN107394160A專利中采用水洗工藝后需要采用硼元素二次高溫燒結進行材料結構穩定。公開號為CN108807969A專利則通過加入乙醇洗滌步驟控制洗滌時間。公開號為CN108878863A專利通過洗滌后二次燒結補鋰來填補洗滌后帶來的表面晶格鋰損失。公開號為CN108878819A專利則是通過水洗過程中直接加入納米氧化物一步實現洗滌包覆。以上現有技術都可以實現降低表面游離鋰含量，改善結構穩定性的目的，但是都涉及到水洗后二次燒結，而當二次燒結溫度達到450℃以上時，必然導致晶格鋰析出，出現pH值返增現象。對于Ni含量更高的層狀正極材料Li(Ni_xCo_yMn_zM_1-x-y-z)O₂(0.6<x<1，0<y<0.2，0≤z<0.2)，對水分敏感，高pH值會導致材料在制成電池的過程中加工性能變差，性能衰減嚴重。

發明內容

有鑒于此，本發明有必要提供一種提高鋰離子電池正極材料表面結構穩定性的方法，首先進行預包覆，然后再進行水洗，首先利用納米氧化物初步消耗物料表面游離鋰，使其占據部分正極材料表面穩定表面，在經過水洗清洗材料表面剩余游離鋰后低溫烘干，從而防止晶格鋰析出，防止材料pH返增，可提高正極材料表面的濕度耐受性，提高加工性能，改善正極材料循環穩定性。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種提高鋰離子電池正極材料表面結構穩定性的方法，包括以下步驟：

S1、將鎳鈷錳層狀正極材料和納米氧化物混合后在氣氛中燒結，得到表面預包覆的正極材料；

S2、將所述預包覆的正極材料加入水中攪拌清洗后，分離、烘干得到表面結構穩定的鋰離子電池正極材料。

進一步的，步驟S1中，所述鎳鈷錳層狀正極材料的化學通式為Li(Ni_aCo_bMn_c)O₂，其中，0.8≤a≤0.95，0.03≤b≤0.1，且a+b+c＝1，其是由鎳鈷錳氫氧化物、單水氫氧化鋰和摻雜劑混合均勻后經一次燒結得到。