[發(fā)明專利]一種鋰離子電池高鎳三元正極材料的改性方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010436417.8
• 申請(qǐng)日: 2020-05-21
• 公開（公告）號(hào): CN111477867A
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭軍偉;杜芳惠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/525
• 分類號(hào): H01M4/525;H01M4/505;H01M10/0525
• 代理公司: 蘇州市中南偉業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32257
• 代理人: 崔玉琳

本發(fā)明公開了一種鋰離子電池高鎳三元正極材料的改性方法。所述的方法包括以下步驟：a、將高鎳三元材料的原始前驅(qū)體與鋰源混合后預(yù)燒，制備鋰化前驅(qū)體；b、用溶膠凝膠法制備錳/鋁氧化物納米粒子；c、將錳/鋁氧化物納米粒子均勻包覆到高鎳三元材料的鋰化前驅(qū)體表面；d、通過高溫煅燒，制備錳/鋁元素?fù)诫s的高鎳三元材料。本發(fā)明提出的鋰化前驅(qū)體路線，可極大減少前驅(qū)體在納米粒子包覆過程中的破碎，實(shí)現(xiàn)錳/鋁氧化物納米粒子在鋰化前驅(qū)上的均勻包覆。通過錳/鋁摻雜高鎳三元材料的晶體微結(jié)構(gòu)調(diào)控，可極大減少三元材料微球在電池充放電循環(huán)過程中裂紋的產(chǎn)生，而使高鎳三元材料表現(xiàn)出極好的循環(huán)穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰離子電池正極材料的晶體生長(zhǎng)控制及其微觀晶體結(jié)構(gòu)調(diào)控方法。

背景技術(shù)

隨著環(huán)境污染和能源危機(jī)等問題日益嚴(yán)重，開發(fā)一種綠色無污染的新能源成為當(dāng)務(wù)之急。近年來，鋰離子電池三元正極材料因具有高能量、良好的循環(huán)性能及低成本的優(yōu)勢(shì)得到廣泛關(guān)注。其中鋰離子電池三元材料NCM(LiNi_xCo_yMn_zO₂)/NCA(LiNi_xCo_yAl_zO₂)是一種具有很大發(fā)展前途的正極材料，鋰離子電池三元材料NCM/NCA與傳統(tǒng)的LiCoO₂、LiNiO₂和LiMnO₂/LiAlO₂相比具有很大的優(yōu)勢(shì)，具有成本低，能量密度高，循環(huán)性能好，熱穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。鋰離子電池三元材料NCM/NCA綜合了LiCoO₂、LiNiO₂和LiMnO₂/LiAlO₂三種材料的優(yōu)點(diǎn)，由于Ni、Co和Mn之間存在明顯的協(xié)同效應(yīng)，因此NCM的性能好于單一組分層狀正極材料，既有LiCoO₂良好的循環(huán)性能、又有LiNiO₂的高比容量和LiMnO₂的高安全性能及低成本。但是隨著鋰離子電池材料在電動(dòng)汽車上的應(yīng)用，容量要求更高，從而要求鎳含量更高，因此人們進(jìn)一步開發(fā)出高鎳三元材料。鎳含量增加使得材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性變差以及副反應(yīng)增加，在充放電過程中粒子內(nèi)部產(chǎn)生更多裂紋以及粒子粉末化，進(jìn)而導(dǎo)致循環(huán)壽命短和熱穩(wěn)定性變差，難以產(chǎn)業(yè)化。

目前主要通過摻雜和表面包覆來改善高鎳三元材料的循環(huán)性能，其中在高鎳三元材料表面包覆一層金屬氧化物、非金屬氧化物和聚合物等改善材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及減少副反應(yīng)，或者對(duì)高鎳三元材料進(jìn)行元素?fù)诫s(Mn,Al,Ti,B,F,Sn,Ce,La等元素)改善其循環(huán)穩(wěn)定性。

CN104124449A公開了一種采用納米二氧化硅顆粒硅溶膠包覆高鎳三元材料表面的方法，通過熱處理得到硅酸鋰包覆的高鎳三元材料。CN105576215A公開了采用釹摻雜納米二氧化鈰包覆鋰離子電池高鎳三元正極材料的方法。CN104112860A公開了一種鋰離子電池正極改性材料的制備方法，將高鎳三元材料高溫煅燒后進(jìn)行稀土元素?fù)诫s，最后采用納米銀包覆得到鋰離子電池高鎳三元正極改性材料。CN105958042B采用了一種原位合成Li₂MnO₃包覆改性的鋰離子電池高鎳是三元正極材料及其合成方法。

上述改性方法雖然使得高鎳三元材料的電化學(xué)性能或結(jié)構(gòu)得到了改善，但是普遍共沉淀法進(jìn)行元素?fù)诫s或在三元材料微球上進(jìn)行簡(jiǎn)單的惰性材料物理包覆，涉及的方法復(fù)雜，尤其未能對(duì)摻雜或包覆技術(shù)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)材料的晶體微結(jié)構(gòu)調(diào)控。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種鋰離子電池高鎳三元正極材料的改性方法，本發(fā)明的方法可以通過高溫固相摻雜實(shí)現(xiàn)對(duì)高鎳三元材料的微觀形貌的調(diào)控，在最大程度上減少裂紋的產(chǎn)生。經(jīng)過本發(fā)明改性的鋰離子電池高鎳三元正極材料有優(yōu)異的循環(huán)性能、熱穩(wěn)定性和倍率性能。