[發明專利]一種嵌鋰含鎳金屬氧化物及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202010856490.0
• 申請日: 2020-08-24
• 公開（公告）號: CN111977707A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 馬躍飛;林予舒;余康杰
• 申請（專利權）人: 廈門廈鎢新能源材料股份有限公司
• 主分類號: C01G53/04
• 分類號: C01G53/04;C01G53/00;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 廈門市精誠新創知識產權代理有限公司 35218
• 代理人: 方惠春

本發明屬于鋰離子電池領域，涉及一種嵌鋰含鎳金屬氧化物及其制備方法和應用。所述嵌鋰含鎳金屬氧化物的制備方法包括：S1、將鎳源在氧化性氣氛中于200～500℃下預燒結2～10小時，得到含鎳前驅體；S2、將所述含鎳前驅體與堿金屬化合物、氧化劑和水以及任選的添加劑混合后進行嵌鋰反應，所述堿金屬化合物中至少包括鋰化合物，使得堿金屬離子嵌入含鎳前驅體中形成固溶態金屬鹽，嵌鋰反應結束后進行固液分離，所得固體產物煅燒。采用本發明提供的方法制備嵌鋰含鎳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，極具工業應用前景。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，涉及一種嵌鋰含鎳金屬氧化物及其制備方法和應用。

背景技術

隨著鋰離子電池在電動汽車中的應用，電池材料受到越來越多的重視，正極材料的結構及性能成為了在電動汽車領域應用的關鍵因素，開發高容量、高循環性能、高安全、長壽命的正極材料是未來的主要發展方向，同時也對電池正極材料提出了更高要求。多元正極材料目前已逐步開始應用于3C領域，其中，日本松下、韓國LG已成功將多元正極材料批量應用于電動汽車。

隨著鋰離子電池的快速發展，對正極材料的要求不斷增加，尤其是對正極材料的成分及物相結構的均勻性提出了更高的要求。電池正極材料性能直接影響到電池電性能，為了提高正極材料的性能，目前研究最多的方向是前驅體優化、燒結工藝優化、摻雜包覆手段優化，但物料均勻性方面均無法達到最為理想的狀態。共沉淀結晶技術能夠在一定程度上改善物相成分均勻化問題，但在鋰化時，鋰金屬元素的燒結仍無法達到最理想的均勻化。鋰化過程的一個重要技術指標是鋰金屬均分分布，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、倍率、安全等性能。目前主要是通過調節燒結溫度、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，鋰元素也難以達到理想化的均勻分布狀態，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。

發明內容

本發明的目的是為了克服現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到理想的均勻分布狀態、從而導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良好嵌鋰的含鎳金屬氧化物及其制備方法和應用，由此獲得的嵌鋰含鎳金屬氧化物對應的鋰離子電池的首次放電容量和容量保持率均非常高。

本發明的發明人經過深入研究之后發現，在嵌鋰之前，先將鎳源于200～500℃這一特定的溫度下進行預燒結，之后再將所得含鎳前驅體與堿金屬化合物、氧化劑和水以及任選的添加劑進行嵌鋰反應，能夠顯著提高鋰離子電池的首次放電容量和容量保持率。推測其原因，可能是由于：對于含鎳的正極材料體系，導致鋰元素難以分布均勻的根本原因在于鎳酸鋰的特殊結晶形態導致鋰元素難以嵌入其晶格中，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，鋰元素也難以達到理想化的均勻分布狀態，而是容易在活性顆粒上形成鋰梯度差，即活性顆粒中鋰元素濃度從外至內逐漸降低，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；對于含鎳的正極材料體系，在嵌鋰之前，先將鎳源于200～500℃這一特定的溫度下進行預燒結，能夠使所得含鎳前驅體由原來的結晶態轉變為無定型態，在后續的嵌鋰過程中更有利于鋰元素的擴散，之后再將所得含鎳前驅體與堿金屬化合物、氧化劑和水以及任選的添加劑進行嵌鋰反應，因鎳與氧化劑的氧化還原電勢差而形成無數微原電池，含鎳前驅體的疏松態配以濕法氧化還原體系能夠削弱鋰的濃度梯度，實現均勻分布，并確保鋰順利嵌入金屬氧化物的晶格中以獲得結晶態的鎳酸鋰，由此提高鋰離子電池的首次放電容量和容量保持率。基于此，完成了本發明。

具體地，本發明提供了一種嵌鋰含鎳金屬氧化物的制備方法，該方法包括：

S1、將鎳源在氧化性氣氛中于200～500℃下預燒結2～10小時，得到含鎳前驅體；