[發(fā)明專利]一種包覆鎢酸鋰的三元正極材料及其制備方法

在審

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• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號(hào): CN111082026A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王志興;張曉明;顏果春;郭華軍;李新海;王接喜;胡啟陽;彭文杰;曾玥熙;譚欣欣;李旭;蔣湘康
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué);湖南杉杉能源科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 長沙軒榮專利代理有限公司 43235
• 代理人: 黃藝平

本發(fā)明提供了一種包覆鎢酸鋰的三元正極材料及制備方法，制備方法包括將鎳鈷錳氫氧化物前軀體進(jìn)行煅燒，得到多孔鎳鈷錳氧化物前軀體；將鎢源溶解在溶劑中形成鎢源溶液；將多孔鎳鈷錳氧化物前驅(qū)體分散在鎢源溶液中，再進(jìn)行攪拌、浸漬和蒸干，得到粉末產(chǎn)物；將粉末產(chǎn)物與鋰源按摩爾比為1:1.03～1.05混合后進(jìn)行燒結(jié)，得到包覆鎢酸鋰的三元正極材料。所得正極材料為多孔鎳鈷錳酸鋰，所述多孔鎳鈷錳酸鋰不僅表面包覆有鎢酸鋰，而且孔隙內(nèi)壁還包覆有鎢酸鋰，使正極材料的容量保持率與循環(huán)性能得到有效提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池正極材料領(lǐng)域，特別涉及一種包覆鎢酸鋰的三元正極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子可充電二次電池早在20世紀(jì)晚期就被日本Sony公司成功的商業(yè)化應(yīng)用，從而取代了原有的鎳氫等二次電池。目前鋰離子電池已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種便攜式電子產(chǎn)品、電動(dòng)工具和儲(chǔ)能系統(tǒng)。在全球能源和環(huán)境問題日益嚴(yán)峻的情況下，鋰離子電池逐步走向電動(dòng)汽車動(dòng)力領(lǐng)域，因此要求鋰離子電池具有高能量密度、高功率密度、環(huán)境友好、安全性好、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。目前的三元正極材料實(shí)際上綜合了LiCoO₂、LiNiO₂和LiMnO₂三種材料的優(yōu)點(diǎn)，性能優(yōu)于單一成分的層狀正極材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。

高鎳三元正極材料同時(shí)繼承了LiCoO₂、LiNiO₂、LiMnO₂的優(yōu)點(diǎn)，材料中三種元素對材料性能的影響各不相同：Co能有效穩(wěn)定三元材料的層狀結(jié)構(gòu)并抑制陽離子混排，提高材料的電子導(dǎo)電性和改善循環(huán)性能；Mn能降低成本，改善材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性；Ni作為活性物質(zhì)有助于提高容量。高鎳正極材料在動(dòng)力電池領(lǐng)域逐漸取代了LiCoO₂、LiFePO₄。但是高鎳正極材料也存在一些問題，其暴露在空氣中時(shí)表面會(huì)形成LiOH和Li₂CO₃，此外高鎳正極材料表面的Ni⁴⁺在充放電過程中會(huì)與電解質(zhì)溶液發(fā)生副反應(yīng)形成固體電解質(zhì)界面膜(SEI膜)。SEI膜的化學(xué)性質(zhì)很大程度上取決于電解質(zhì)溶液的組成。它的形成將消耗電解質(zhì)溶液，導(dǎo)致首次充放電效率和容量降低。此外，SEI膜中含有的絕緣物質(zhì)會(huì)阻礙鋰離子擴(kuò)散到活性材料中，導(dǎo)致電池阻抗增大。高鎳三元正極材料表面Ni⁴⁺與電解質(zhì)溶液間的反應(yīng)將伴隨著氣體逸出，材料表面的Ni⁴⁺越多，材料與電解液之間越容易發(fā)生副反應(yīng)。這種副反應(yīng)會(huì)使電池內(nèi)部產(chǎn)生大量的氣體，這些氣體將會(huì)增大電池內(nèi)壓，造成安全隱患。研究顯示，充電截止電壓越高，電池內(nèi)部釋放氣體越多，電池內(nèi)壓升高速度越快。為了改善這種情況，一般采用表面包覆的方法在材料表面涂覆一層物理保護(hù)層以減少或隔絕活性物質(zhì)與電解液和空氣的接觸，從而改善材料綜合性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種包覆鎢酸鋰的三元正極材料的制備方法，其目的是為了通過在多孔三元正極材料孔隙內(nèi)壁包覆鎢酸鋰，以及在其表面包覆鎢酸鋰來提高三元正極材料的容量保持率和循環(huán)性能。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種包覆鎢酸鋰的三元正極材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將鎳鈷錳氫氧化物前軀體進(jìn)行煅燒，得到多孔鎳鈷錳氧化物前軀體；

(2)將鎢源溶解在溶劑中形成鎢源溶液；

(3)將步驟(1)所得多孔鎳鈷錳氧化物前驅(qū)體分散在步驟(2)所得鎢源溶液中，再進(jìn)行攪拌、浸漬和蒸干，得到粉末產(chǎn)物；

其中，鎢源中的鎢元素與多孔鎳鈷錳氧化物前驅(qū)體中過渡金屬元素的摩爾比滿足：W/(Ni+Co+Mn)＝0.08～0.64％；

當(dāng)W含量過低時(shí)起不到改性材料的作用或作用不明顯，當(dāng)W含量過高時(shí)會(huì)使材料的充放電比容量損失較多，所以要控制在上述范圍內(nèi)。