[發(fā)明專利]一種鋰離子電池正極材料前軀體及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010800024.0
• 申請日: 2020-08-11
• 公開（公告）號: CN111933926B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設計）人: 李曉祥;裴曉東;駱艷華;鮑維東;劉晨;佘世杰;張倩倩
• 申請（專利權）人: 中鋼集團南京新材料研究院有限公司;中鋼天源股份有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525;C01G53/00
• 代理公司: 安徽知問律師事務所 34134
• 代理人: 郭大美

本發(fā)明公開了一種鋰離子電池正極材料前軀體及其制備方法，屬于電池材料技術領域。該鋰離子電池材料前驅體從外層到內層依次為鎳鈷錳鎂鈦高熵氧化物—高鎳鎳鈷錳氧化物—鎳鈷錳鎂鈦高熵氧化物。該電池材料以高熵材料作為晶核及表面包覆有效地解決了高鎳三元材料的安全性問題，提高電池材料的穩(wěn)定性和循環(huán)性，且充放電克容量較高，達到行業(yè)中上等水平。該技術方案制備工藝簡單，生產成本較低，適用于工業(yè)化。

技術領域

本發(fā)明屬于高熵電池材料領域，具體涉及一種鋰離子電池正極材料前軀體及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池具有工作電壓高、能量密度大、循環(huán)壽命長、自放電率小、低污染、無記憶效應等特點，是目前能源行業(yè)的研究及應用熱點。三元鎳鈷錳酸鋰正極材料，由于其能量密度高、循環(huán)性能好、工作電壓穩(wěn)定及制備工藝簡單等優(yōu)勢逐漸受到市場的青睞，市場占有率不斷上升。尤其在動力電池領域，已被認為是目前最具發(fā)展?jié)摿Φ男滦弯囯娬龢O材料，且已經成功被應用在電動汽車領域，比如美國的Tesla、日本的本田、國內比亞迪和江淮等。

高熵材料是一類由多種元素以等摩爾比或近等摩爾比組成的新型多主元材料，打破了傳統(tǒng)的材料設計理念。與傳統(tǒng)材料不同，多主元高熵材料成分復雜，組成元素原子隨機無序的分布在晶格位置上，因此高熵材料在熱力學上具有高熵效應，在動力學上具有緩慢擴散效應，在結構上具有晶格畸變效應，在性能上具有雞尾酒效應。在多種強化機制的耦合作用下，高熵材料具有很多傳統(tǒng)材料無法比擬的優(yōu)異特性。

例如中國公開號CN110600703A公開了一種鋰離子電池用五元過渡金屬氧化物高熵材料，用等摩爾量的金屬硝酸鹽，然后加入甘氨酸、乙二胺四乙酸、六次亞甲基四胺、六亞甲基二異氰酸酯、檸檬酸或草酸，高溫保溫得到五元尖晶石型氧化物高熵材料，其化學式為( Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Zn_0.2M_0.2)₃O₄，其中M為二價金屬陽離子Co²⁺或Ni²⁺。

通過分析上述專利的內容，可以發(fā)現，該高熵材料的仍然無法滿足鋰離子電池的安全使用要求。

發(fā)明內容

1. 要解決的問題

針對上述的問題，本發(fā)明提供一種鋰離子電池正極材料前軀體的制備方法，有效解決高鎳鎳鈷錳材料的安全性及循環(huán)性，且充放電容量較高。

2. 技術方案

為了解決上述問題，本發(fā)明所采用的技術方案如下：

本發(fā)明的鋰離子電池材料前驅體從外層到內層依次為aNi_0.2Co_0.2Mn_0.2Mg_0.2Ti_0.2O_1.2-b Ni_xCo_yMn_zO-cNi_0.2Co_0.2Mn_0.2Mg_0.2 Ti_0.2O_1.2；其中：x+y+z=1，x≥0.6；a+b+c=1，b：（a+c）=7～9：1～3，c：a=4～20：1。

本發(fā)明的上述鋰離子電池正極材料前軀體的制備方法，包括以下步驟：

（1）按一定比例配制電池級的可溶性鎳鹽、可溶性鈷鹽、可溶性錳鹽透明溶液于燒杯a中，配制等摩爾量的可溶性鎳鹽、可溶性鈷鹽、可溶性錳鹽、可溶性鎂鹽、可溶性鈦鹽透明溶液于燒杯b中；

（2）燒杯b溶液、氨水、堿液加入反應器中攪拌反應，控制反應pH不變，燒杯b溶液加入了5%～25%后，停止加料，并加入谷氨酸和通入N₂，繼續(xù)攪拌半個小時；