[發(fā)明專利]一種高鎳正極材料的液相法磷元素?fù)诫s改性制備方法在審
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201911043690.8 | 申請(qǐng)日： | 2019-10-30 |
| 公開（公告）號(hào)： | CN112744872A | 公開（公告）日： | 2021-05-04 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 夏定國(guó);楊同歡 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 北京大學(xué) |
| 主分類號(hào)： | C01G53/00 | 分類號(hào)： | C01G53/00;H01M4/36;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525 |
| 代理公司： | 北京萬象新悅知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11360 | 代理人： | 李稚婷 |
| 地址： | 100871*** | 國(guó)省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 正極 材料 液相法磷 元素 摻雜 改性 制備 方法 | ||
本發(fā)明公布了一種高鎳正極材料的液相法磷元素?fù)诫s改性制備方法，先通過氫氧化物共沉淀反應(yīng)對(duì)前驅(qū)體材料實(shí)現(xiàn)磷元素的液相法摻雜，然后將含有磷元素的前驅(qū)體材料與鋰源進(jìn)行混合高溫?zé)Y(jié)，制備出具有快離子導(dǎo)體Li3PO4包覆的高鎳正極材料。本發(fā)明通過P元素在一次顆粒內(nèi)部均勻化摻雜的技術(shù)手段，在一次顆粒級(jí)別生成具有Li3PO4快離子導(dǎo)體特性的高鎳正極材料。該方法在不犧牲材料容量的前提下穩(wěn)定了材料的結(jié)構(gòu)，改善了高鎳材料的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于鋰離子電池材料和電化學(xué)領(lǐng)域，涉及一種高鎳正極材料的液相法磷元素?fù)诫s改性制備方法。
背景技術(shù)
非再生化石能源的過度開發(fā)與使用對(duì)全球生態(tài)系統(tǒng)帶來嚴(yán)重威脅，綠色可持續(xù)的發(fā)展理念逐步深入人心。鋰離子電池作為一種高效儲(chǔ)能器件給人類的生活提供了諸多便利。從3C電子產(chǎn)品到軌道交通工具，鋰離子電池均扮演著重要角色。自1990年鈷酸鋰作為第一代商用化鋰離子電池被Sony公司應(yīng)用于手機(jī)產(chǎn)品以來，鋰離子電池在科學(xué)與技術(shù)兩大領(lǐng)域均受到了廣泛關(guān)注。
目前而言，三元LiNixCoyMn1-x-yO2材料由于其高的比容量、優(yōu)良的安全性、良好的工作電壓與目前現(xiàn)有電解液體系匹配度、相對(duì)于LiCoO2有著更為低廉的價(jià)格等特點(diǎn)而被作為當(dāng)前鋰離子動(dòng)力電池的首選材料。目前已大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的NCM333以及NCM523等材料，由于其較低的能量密度以及高的Co含量而帶來的旅程焦慮和資源恐慌的問題。開發(fā)和使用高鎳材料(含量0.7)材料已然成為當(dāng)下鋰電池企業(yè)的戰(zhàn)略目標(biāo)。但是，Ni含量在0.7以上的材料并沒有得到很好的應(yīng)用，究其主要原因還在于高鎳材料相對(duì)較差的熱穩(wěn)定性。
高鎳材料的改性主要通過摻雜和包覆兩大技術(shù)手段。摻雜主要是引入不參與電化學(xué)反應(yīng)的非活性元素，以此增強(qiáng)高鎳材料在充放電過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，比如Al、Mg、Ti等元素，非活性元素必定要取代過渡金屬所處的位點(diǎn)，從而降低了材料的容量以及能量密度，并且在高溫固相反應(yīng)階段的摻雜也難以保證摻雜元素的分布均一性；表面包覆主要是為改善高鎳材料的界面特性，界面主要包括在空氣中的存儲(chǔ)性能(固/氣界面)以及抵抗電解液的侵蝕性能(固/液界面)。包覆材料的選擇一般為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的Al2O3、ZnO、AlF3等，但二次顆粒表面的包覆并不能夠有效的阻止由于高鎳材料在4.2V高電壓區(qū)所存在的各向異性相變所帶來的顆粒粉碎問題。同時(shí)，電子和離子絕緣性材料的包覆并不能夠有效的促進(jìn)材料性能的釋放。據(jù)報(bào)道，非晶相的Li3PO4作為一種快離子導(dǎo)體包覆于材料表面，可以明顯的改善材料的循環(huán)穩(wěn)定性以及倍率性能。然而，多晶材料二次顆粒表面的包覆難以維持內(nèi)部一次顆粒間的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，因此二次顆粒表面包覆的工藝存有“治標(biāo)不治本”的普遍問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種鋰離子電池高鎳正極材料的制備方法，通過P元素在一次顆粒內(nèi)部均勻化摻雜的技術(shù)手段，在一次顆粒級(jí)別生成具有Li3PO4快離子導(dǎo)體特性高鎳正極材料。該方法在不犧牲材料容量的前提下穩(wěn)定了材料的結(jié)構(gòu)，改善了高鎳材料的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
一種鋰離子電池高鎳正極材料的制備方法，所述高鎳正極材料的化學(xué)式為(1-Y)LiNixCo1-xO2·YLi3PO4，其中0.7x1，0.1Y0.2，其制備方法包括以下步驟：
1)通過液相共沉淀的方法制備P摻雜的Ni、Co氫氧化物前驅(qū)體材料；
2)將步驟1)制備的前驅(qū)體材料與鋰源進(jìn)行充分研磨混合，高溫?zé)Y(jié)制得目標(biāo)產(chǎn)物。
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