[發明專利]一種金屬氧化物包覆長循環鎳錳酸鋰電極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201911362790.7
• 申請日: 2019-12-26
• 公開（公告）號: CN111162253A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 鄭時有;高金伙;楊俊和;龐越鵬;邊子浩
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 上海邦德專利代理事務所(普通合伙) 31312
• 代理人: 余昌昊

本發明提出一種金屬氧化物包覆長循環鎳錳酸鋰電極材料的制備方法，屬于鋰離子電池技術領域，解決了鎳錳酸鋰正極材料充電至高電壓時與電解液發生界面副反應，導致循環性能差的問題。該方法預先通過金屬化合物和有機聚合物溶于去離子水，而后與鎳錳酸鋰材料混合攪拌，充分作用后升溫干燥，再經高溫煅燒制得金屬氧化物包覆鎳錳酸鋰材料。該方法簡單易行，成本低，適合工業化大規模生產，不僅為鎳錳酸鋰電極材料的包覆改性提供了新的策略，而且可以用于其它電極材料的表面改性。

技術領域

本發明涉及電池電極材料技術領域，尤其涉及一種金屬氧化物包覆長循環鎳錳酸鋰電極材料的制備方法。

背景技術

隨著能源緊缺、環境污染和氣候變化等問題的日益嚴重，新能源的研究成為近年來的熱點。鋰離子電池由于具有高能量密度，長循環壽命和低成本等優勢而廣泛應用于儲能系統、電動汽車、消費電子產品等領域。尖晶石結構的鎳錳酸鋰由于具有高達4.7V的電壓平臺，超高的能量密度(650Wh/kg),原料豐富且環境友好等優點，從而成為動力鋰離子電池首選的正極材料之一。循環壽命對于動力離子電池而言，意味著電池所能工作的時間，是衡量電池質量的關鍵指標。然而，在高電壓下，鎳錳酸鋰易于電解液發生副反應，使電解液發生分解、電解液中HF與鎳錳酸鋰發生反應、過渡金屬離子溶解，從而導致容量衰減，影響循環性能。此外，在高溫下，鎳錳酸鋰與電解液的副反應更為嚴重，嚴重影響其循環性能。

研究發現，在正極材料表面包覆一層其他材料，如金屬氧化物、磷酸鹽、氟化物等可以阻礙正極材料與電解液的直接接觸，減少有害的界面反應。因此，許多研究者對鎳錳酸鋰正極材料進行了氧化物包覆改性，現有技術對鎳錳酸鋰的性能雖有提升，但仍有不足：1高溫下循環性能提升不大；2循環穩定性增加但整體放電容量下降較大；3流程復雜繁瑣，成本高，不利于工業化大規模生產。

發明內容

本發明的目的在于提出一種金屬氧化物包覆長循環鎳錳酸鋰電極材料的制備方法，以解決在高電壓下，鎳錳酸鋰正極材料與電解液發生界面副反應，導致較差循環性能的技術問題。

為達到上述目的，本發明提出一種金屬氧化物包覆長循環鎳錳酸鋰電極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：將鎳錳酸鋰材料溶于去離子水中配制成溶液A；

步驟2：將金屬化合物和有機聚合物溶于去離子水中配制成溶液B；

步驟3：將所述溶液B逐滴加入所述溶液A中得到溶液C；

步驟4：將所述溶液C在恒溫T1下攪拌混勻，升溫至恒溫T2蒸干至凝膠狀，干燥得到混合物；

步驟5：將步驟4得到的混合物研磨均勻后，在特定氣氛中進行高溫煅燒，降至室溫后研磨過篩，得到表面包覆金屬氧化物的鎳錳酸鋰材料。

優選的，在步驟2中，所述金屬化合物為鈣、鎂、鋇的碳酸氫鹽，鎂、鋁、鈣、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、鑭、銅的硝酸鹽和鈣、鑭的乙酸鹽中的一種。

優選的，在步驟2中，所述金屬化合物與鎳錳酸鋰的質量比為0.01-0.05:1。

優選的，在步驟2中，所述有機聚合物為聚乙烯醇和聚乙二醇中的一種。

優選的，在步驟2中，所述有機聚合物與鎳錳酸鋰的質量比為1:4。

優選的，在步驟4中，所述恒溫T1為20—50℃，恒溫T2為80-90℃。

優選的，在步驟4中，所述溶液C蒸干至凝膠狀后，在110℃的環境下干燥12h得到所述混合物。

優選的，在步驟5中，所述特定氣氛為空氣、氧氣、二氧化碳、氮氣、氬氣和氫氬混合氣中的一種。

優選的，在步驟3中，所述高溫煅燒為以特定速率升溫至煅燒溫度300—1000℃后，在該溫度下保溫3—8小時。