[發明專利]一種高鎳三元正極材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010054935.3
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111244419B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 黃宏威;張軍;李鵬飛;黃華東
• 申請（專利權）人: 乳源東陽光磁性材料有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 蘇晶晶

本發明公開了一種高鎳三元正極材料及其制備方法和應用。高鎳三元正極材料的制備方法包括如下步驟：S1.將高鎳三元前驅體、鋰源、摻雜劑1混合均勻；S2.將混合原料進行一次燒結得到一燒產品；S3.將一燒產品與摻雜劑2混合均勻，進行二次燒結得到二燒產品；S4.將二燒產品水洗干燥后與包覆劑1和包覆劑2混合均勻，進行三次燒結得到三燒產品；S5.將三燒產品經過過篩、批混、除磁、打包得到高鎳三元正極材料。本發明的高鎳三元正極材料首效可達87％，0.1C放電容量接近200mAh/g，1C放電容量接近190mAh/g，在25℃條件下1C充放電1000次容量保持率94.5％，在45℃條件下1C充放電1000次容量保持率89.3％，顯著提高了材料的熱穩定性。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，更具體地，涉及一種高鎳三元正極材料及其制備方法和應用。

背景技術

鋰離子電池由于具有比能量大，循環壽命長，單體電壓高，自放電小等優點，其應用范圍越來越廣泛。但是鋰電池在應用中潛在的安全問題已經成為制約其發展的一個瓶頸，尤其是動力鋰離子電池組。人們不斷追求高能量密度的鋰離子電池，尤其高鎳三元正極材料具有比較高的能量密度，能夠帶給動力電池汽車比較長的續航里程。然而在發展高能量密度動力電池的同時，頻發的鋰離子電池爆炸、自燃等安全事故使得鋰離子電池安全性問題被用戶所深深憂慮。高鎳三元正極材料制作的鋰離子電池可以在-20～55℃范圍內使用，當溫度大于45℃時,自放電增大,容量下降,影響其安全性。當電池溫度升高時,其內部可能發生很多放熱反應,主要有:負極上電解質的還原,正極上電解質的氧化,電解質的熱分解,負極的熱分解，正極的熱分解等.正極高溫分解時，氧從金屬氧化物點陣中析出,電池內部壓力增大，同時放出熱量。

針對高鎳正極材料熱穩定性能的改善，CN106654222A公開了一種高鎳正極材料及其制備方法以及鋰離子電池，其通過在高鎳正極材料的前驅體中加入非金屬摻雜劑，加入鋰源燒結后得到具有非金屬摻雜的高鎳正極材料。其主要是通過改善材料表面的性能并提高晶體結構的穩定性，從而提升材料的熱穩定性，對于材料燒結后的晶體結構大小的均勻性以及電極材料的熱分解對材料熱穩定性的影響并未提供相關的技術啟示，且熱穩定性的提升效果有限，在200次循環后容量保持率就已經降到了90％左右。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有高鎳正極材料容易氧化，且晶體結構大小分布不夠密實均勻而導致的熱穩定性差的缺陷和不足，提供一種高鎳三元正極材料的制備方法，通過對晶體結構進行優化，使晶體結構更加穩定；同時通過包覆的改性，提高了材料的導電性以及降低了鋰離子電池正極上電解質的氧化；有效的提高了材料的熱穩定性。

本發明的另一目的在于提供一種高鎳三元正極材料。

本發明的再一目的在于提供一種高鎳三元正極材料在鋰離子電池制備中的應用。

本發明的又一目的在于提供一種鋰離子電池。

本發明上述目的通過以下技術方案實現：

一種高鎳三元正極材料的制備方法，包括如下步驟：

S1.原料混合：將高鎳三元前驅體、鋰源、摻雜劑1混合均勻，其中高鎳三元前驅體與鋰源的摩爾比為1:(1～1.05)，摻雜劑1為高鎳三元正極材料質量的2000ppm～4000ppm，所述高鎳多元前驅體材料分子式為Ni_xCo_yAl_1-x-y(OH)₂，其中0.85≤x＜1；0＜y≤0.15；

S2.一次燒結：將混合原料進行一次燒結得到一燒產品，燒結溫度為750～850℃，保溫時長10～12h，燒結氣氛為氧氣，氧含量為≥90％；

S3.二次燒結：將一燒產品與摻雜劑2混合均勻，進行二次燒結得到二燒產品，其中摻雜劑2為高鎳三元正極材料質量的6000ppm～8000ppm，燒結溫度為550～650℃，保溫時長8～12h，燒結氣氛為氧氣，氧含量為≥90％；