[發明專利]一種通過調節鋰源氧化改性NCM三元正極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201911333083.5
• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號: CN111063881A
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 蘇岳鋒;石奇;陳來;王敬;吳鋒
• 申請（專利權）人: 北京理工大學重慶創新中心;北京理工大學
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M4/131;H01M10/0525
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 管高峰

本發明公開一種調整鋰源成分和配比來氧化改性高鎳三元正極材料的方法。所述方法通過調整鋰源的成分和配比，以適當比例引入氧化性鋰鹽，與主體鋰鹽進行分散混合均勻，在后續的混鋰煅燒過程能夠推動氧化反應，提升Ni²⁺氧化至Ni³⁺的比例，減小了材料的鋰鎳混排程度，制備了具有良好層狀結構的三元材料。另外，根據不同的鋰鹽成分調整對應煅燒程序，優化煅燒溫度，降低煅燒過程的時長和能耗，節約了制備成本。本發明所示方法簡單易行，所用原料常見易得，對工業降低能耗具有指導意義。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，特別涉及到一種調整鋰源成分和配比來氧化改性高鎳三元正極材料，同時降低制備能耗的實施方法。

背景技術

能源問題和化石燃料燃燒引發的環境污染問題推動了新型綠色能源的開發和利用。傳統化學電源能量密度不足，循環性能不佳，無法滿足便攜式電子設備的使用。進入21世紀，居民生活水平的進一步提高帶來燃油汽車保有量的爆發式增長，大量排放的廢氣顆粒給環境造成更為劇烈的壓力。使用混合動力汽車或純電動汽車代替目前傳統汽油車輛是必然趨勢。

新型電動汽車離不開大中型儲能電池和動力電池。鋰離子電池因其高能量密度，高功率密度和良好的循環性能，成為車輛保證續航表現的主要能源供給方式。LiFePO₄和三元正極材料(NCM)LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂(0x1,0y1,0x+y1)成為電動車用動力電池兩大主流正極材料。

對于三元正極材料來說，鎳和鈷含量的增加能夠有效提升材料的比容量，但由于鈷價格昂貴，資源有限，且對環境不友好，所以通過提高鎳含量更為現實。鎳含量提升至60％以上的高鎳三元材料已經有部分實現商業化。在三元材料前驅體中鎳為+2價，成品中鎳為+3價，Ni²⁺很難氧化成Ni³⁺，需要在純氧條件下進行轉化，溫度過低氧化難以進行。但三價鎳在高溫下不穩定，易分解為二價鎳，放出氧氣，溫度又不能過高。所以控制材料煅燒溫度極其重要。一般情況下，鎳含量越高煅燒溫度越低。高溫長時間煅燒也是一個相當耗能的制備過程。進一步降低氧化難度，降低煅燒溫度和時長，對于高鎳三元材料的制備意義重大。所述方法通過調整鋰源的成分和配比，以適當比例引入氧化性鋰鹽，與主體鋰鹽進行分散混合均勻，在后續的混鋰煅燒過程能夠推動氧化反應，提升Ni²⁺氧化至Ni³⁺的比例，減小了材料的鋰鎳混排程度，制備了具有良好層狀結構的三元材料。另外，根據不同的鋰鹽成分調整對應煅燒程序，優化煅燒溫度，降低煅燒過程的時長和能耗，節約制備成本。

發明內容

有鑒于此，本發明目的之一是提供一種調節鋰源成分和配比來改性NCM三元正極材料，層狀結構的鋰鎳混排程度降低，首周庫侖效率提高，材料循環性能變佳；目的之二是通過加入氧化性鋰源成分并調節配比達到增強煅燒過程氧化性，同時降低煅燒溫度和縮短煅燒時間，大幅度降低制備過程能耗。所述方法選擇具有氧化性的鋰鹽作為部分鋰源，在煅燒過程中混合，高溫固相反應下，氧化性陰離子配合氧氣發揮強氧化性，材料中Ni²⁺被充分氧化為Ni³⁺，提高成品材料中Ni³⁺的含量，陽離子混排程度降低；同時，由于氧化性增強，傳統制備方法用于氧化Ni²⁺所需的高溫和長時間煅燒可以被進一步優化而降低能耗，節約了生產成本。

本發明方案是通過以下技術方案實現的：

一種氧化改性的NCM高鎳三元正極材料，氫氧化物前驅體材料與調制后鋰鹽的摩爾比為1:0.98～1.1，鋰源中氧化性鋰鹽的摩爾占比為10～50％，其余主體鋰鹽為傳統使用的LiOH·H₂O或Li₂CO₃，煅燒后得到燒結氧化改性的高鎳三元正極材料LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂，其中，x≥0.8；