[發(fā)明專利]一種嵌鋰金屬氧化物及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010855955.0
• 申請日: 2020-08-24
• 公開（公告）號: CN111977706B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬躍飛;林予舒;余康杰
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門廈鎢新能源材料股份有限公司
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;C01G53/04;C01G53/00;H01M10/0525
• 代理公司: 廈門市精誠新創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 35218
• 代理人: 方惠春

本發(fā)明屬于鋰離子電池領(lǐng)域，涉及一種嵌鋰金屬氧化物及其制備方法和應(yīng)用。所述嵌鋰金屬氧化物的制備方法包括：將含鎳金屬和/或含鎳金屬氧化物、氧化劑Ⅰ、水和絡(luò)合劑依次進行化學(xué)腐蝕結(jié)晶反應(yīng)、磁選、固液分離和洗滌，再將所得含鎳金屬氫氧化物在氧化性氣氛中經(jīng)180～350℃預(yù)燒結(jié)2～10小時，之后將所得含鎳前驅(qū)體與堿金屬化合物、氧化劑Ⅱ和水以及任選的添加劑依次進行嵌鋰反應(yīng)、固液分離、煅燒。采用本發(fā)明提供的方法制備嵌鋰金屬氧化物并將其作為鋰離子電池正極材料，可有效提高鋰離子電池的首次放電容量和容量保持率。此外，本發(fā)明在化學(xué)腐蝕結(jié)晶反應(yīng)過程中不產(chǎn)生廢水，且不斷消耗水，從而能夠達(dá)到對環(huán)境友好的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池領(lǐng)域，具體涉及一種嵌鋰金屬氧化物及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著鋰離子電池在電動汽車中的應(yīng)用，鋰離子電池正極材料得到了廣泛的關(guān)注，鋰離子電池正極材料的性能直接影響到電動汽車的使用與推廣，開發(fā)高容量、高安全性、長壽命、低成本、環(huán)保型鋰離子電池正極材料是未來發(fā)展的主要方向。車載正極材料目前呈現(xiàn)多種類材料并存的狀態(tài)，磷酸鐵鋰、多元材料、錳酸鋰目前均有應(yīng)用于EV領(lǐng)域，其中，日本松下、韓國LG已成功將高鎳材料批量應(yīng)用于電動汽車，但是由于多元材料本身的缺點，在安全性能、高容量、高倍率、長循環(huán)性能等方面仍有待完善。

隨著鋰離子電池的快速發(fā)展，對電池材料的要求不斷增加，尤其是對材料的成分及物相結(jié)構(gòu)的均勻性提出了更高的要求。電池材料性能直接影響到電池電性能，為了提高材料的性能，目前研究最多的方向是前驅(qū)體優(yōu)化、燒結(jié)工藝優(yōu)化、摻雜包覆手段優(yōu)化，但物料均勻性方面均無法達(dá)到最為理想的狀態(tài)。共沉淀結(jié)晶技術(shù)能夠在一定程度上改善物相成分均勻化問題。傳統(tǒng)的共沉淀結(jié)晶技術(shù)通常是將金屬鹽溶液和氫氧化物并流加入到攪拌反應(yīng)器中進行混合沉淀，共沉淀結(jié)晶后大量硫酸鹽保留在母液中，氨水作為絡(luò)合劑加入到沉淀體系中，氨最終以銨鹽的形式保留在反應(yīng)體系中，經(jīng)過固液分離后除去固體前驅(qū)體中含有氨、銨鹽和硫酸鹽的母液部分，部分重金屬和小固體顆粒也會溶解至母液中，因此，傳統(tǒng)的共沉淀結(jié)晶技術(shù)不僅需要消耗大量的氫氧化物、氨等物料，而且還會產(chǎn)生大量的廢氣、廢水和廢物，從而對環(huán)境造成巨大的負(fù)擔(dān)。

再則，雖然共沉淀控制結(jié)晶技術(shù)能夠在一定程度上改善物相成分均勻化問題，但是在鋰化時，鋰金屬元素的燒結(jié)無法達(dá)到最好理想化的均勻化。鋰化過程的一個重要技術(shù)指標(biāo)是鋰金屬均分分布，因為鋰元素的均勻分布直接影響到電池正極材料的容量、循環(huán)、倍率、安全等性能。目前主要是通過調(diào)節(jié)燒結(jié)溫度、氣氛、時間、裝料量等，來改善鋰元素的均勻分布問題。其中，對于不含鎳的正極材料體系，鋰元素容易嵌入晶格中實現(xiàn)均勻分布。然而，對于含鎳的正極材料體系，通常需要采用高溫高壓嵌鋰工藝，并且即便是采用高溫高壓嵌鋰工藝，鋰元素也難以達(dá)到理想化的均勻分布狀態(tài)，由此獲得的鋰離子電池的首次放電容量和容量保持率均較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有的含鎳正極材料體系需要高溫高壓工藝嵌鋰并且鋰元素難以達(dá)到理想的均勻分布狀態(tài)、從而導(dǎo)致所得鋰離子電池的首次放電容量和容量保持率較低的缺陷，而提供一種僅需要常溫常壓即可實現(xiàn)良好嵌鋰的金屬氧化物及其制備方法和應(yīng)用，由此獲得的嵌鋰金屬氧化物對應(yīng)的鋰離子電池的首次放電容量和容量保持率均非常高。