[發明專利]一種高性能富鋰單晶多元正極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201911086072.1
• 申請日: 2019-11-08
• 公開（公告）號: CN112382738A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 李崇;王迪;王慧萍;方向乾
• 申請（專利權）人: 陜西彩虹新材料有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京卓特專利代理事務所(普通合伙) 11572
• 代理人: 段宇

本發明揭示了一種高性能富鋰單晶多元正極材料的制備方法，復合材料由Li(NiaCobMnc)1?xMxO2(0≤x≤1)和附著在其表面的ATO外包覆層組成，包括以下步驟：步驟一，M摻雜富鋰單晶多元正極材料基體的合成；步驟二，ATO包覆液的制備；步驟三，ATO表面處理；步驟四，二次燒成。一是采用M氧化物進行體相摻雜，可得到較高的首次充放電比容量，并且允許大電流放電；二是在體相摻雜M元素的同時，進行表面高導電性ATO材料的包覆，降低顆粒表面電阻率，優化導電性能，且外層ATO包覆膜可形成對內層基體的保護，減少電解液對基體材料的腐蝕，改善材料的循環性能。利用此方法所制備的材料首次放電容量更高，同時顯著提高了電池的倍率性能。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，特別涉及一種高性能富鋰單晶多元正極材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池三元正極材料(NCM)自被發現以來，就因其具有較高的容量(理論容量高達270mAh/g)、優良的安全性能、低廉的價格優勢等因素而得到了研究者的廣泛關注。然而，團聚形貌的三元材料因其結構牢固性差，在高壓實條件下，二次球容易破碎，致使材料內部顆粒裸露，副反應增加和金屬離子溶出加劇，導致電性能特別是使用壽命下降。因此，單晶材料應運而生，不僅僅增強了正極材料的穩定性，也可以將整個體系的電壓提升到一個新的高度。單晶材料在結構穩定性上具備很大的優勢，但其倍率性能發揮有待提升，需要作進一步改性處理。

表面包覆是改善三元材料上述缺陷的一種重要手段，包覆層種類和包覆手段是決定包覆效果的關鍵因素。最佳的包覆層材料需要具備以下特征：(1)材料具備良好的電化學活性及良好的電子導電性；(2)材料的一次顆粒均一且顆粒尺寸越小越好，如果材料形成了二次顆粒則需具備易分散特性。目前，已報道的表面包覆材料有碳單質(有機物)、氧化物和一些鋰鹽等，但材料大多易團聚，分散性差，導致包覆不均勻，產業化比較困難。

通過研究發現，均勻分散的ATO導電納米超微粒子由于相互作用可形成導電膜，極大降低顆粒表面電阻率，因此具有優異的導電性能；屬于化學性穩定的納米金屬氧化物，對熱、濕度等外部環境引起的物性變化小，所以能保持長久性導電性質；納米ATO粉可在不同溶劑中快速分散，顆粒團聚少。納米ATO顆粒因其高導電性、強分散性以及安全性優勢，其應用領域十分廣泛，將納米ATO包覆在523單晶三元正極材料表面有助于極大提升材料的電化學性能。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種高性能富鋰單晶多元正極材料的制備方法，可制造出具有較高初始容量、高倍率性能、良好的循環保持率的單晶多元正極材料。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種高性能富鋰單晶多元正極材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟一，M摻雜富鋰單晶多元正極材料基體的合成：

(1)一次混料：將M金屬氧化物、單晶多元前驅體與鋰源按照摩爾比為0.01～0.12：1：1.02～1.12以一定的混料方式混合均勻，然后100～200目過篩分散，即得一次原料混合物；

所述的單晶多元前驅體的化學表達式為Ni_aCo_bMn_c(OH)₂，0≤a≤1，b、c＞0，a+b+c＝1，優選的0.5≤a≤0.8；

所述M金屬氧化物包含主族第三周期的Mg、Al以及過渡金屬元素中的一種或幾種的納米氧化物，若為多種時，比例為任意比例，其中，過渡金屬元素優選為，第一過渡系的Ti、第二過渡系的Zr、第三過渡系的Ta；

所述混料方式包括球磨混料機、滾筒式混料機、錐形混料機、螺帶式混料機、犁刀式混料機等，依據混料量大小而定；小批量制備時，優選為行星式球磨機，批量化生產時，優選為犁刀式混料機；