[發明專利]一種鋰離子電池球形三元復合正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202010921410.5
• 申請日: 2020-09-04
• 公開（公告）號: CN112366295A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 趙焱樟;陳瑤;許夢清
• 申請（專利權）人: 萬向一二三股份公司;萬向集團公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏;薄盈盈

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種鋰離子電池球形三元復合正極材料及其制備方法，所述一種鋰離子電池球形三元復合正極材料，由以下質量百分含量的組分制成：NCM粉末球80～90％，固態電解質LLZO 5～10％，石墨烯余量。本發明在NCM三元材料純樣的基礎上，再次包覆了一層石墨烯，既可以提升材料的電子電導率，使得材料的倍率性能得到改善，同時柔性的石墨烯能夠減緩NCM充放電過程中的提及形變造成的容量不可逆降低，改善材料的循環性能。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種鋰離子電池球形三元復合正極材料及其制備方法。

背景技術

目前，以鎳、鈷、錳三種元素摩爾比相等的三元復合正極材料受到廣泛的關注，由于其比容量高，循環性能好，熱穩定性好，而且錳、鎳價格都比鈷低，可大大降低材料的成本，是一種理想的鋰離子電池正極材料。

目前，鎳鈷錳三元正極材料(NCM三元材料)的研究主要集中在材料的合成以及電化學性能與結構的關系上。在實際電池中，正極材料顆粒的形貌、粒徑分布、比表面積及振實密度等物性特征對材料的加工性能及電池的綜合電性能影響很大，為了拓寬鋰離子電池的應用范圍，尤其是將三元材料應用于對安全性、循環性以及倍率特性要求苛刻的動力電池上，高密度、粒徑分布均勻的球形三元材料的制備已經成為研究的熱點，而如何在保證其電化學性能的前提下提高其振實密度則是三元材料走向大規模應用的關鍵。

現有技術中通常采用固相法合成制備NCM純樣，該法得到的NCM產品離子電導率及電子電導率很差，導致材料雖然具有較高的容量，但是無法承受大電流的充放電，倍率性能無法滿足需求；同時，在長時間的循環過程后，材料由于鋰離子的脫嵌造成的形變原因，材料內部會出現裂紋，導致容量的迅速降低，電池壽命降低。

發明內容

本發明為了克服傳統工藝制得的鎳鈷錳三元正極材料離子電導率及電子電導率差，無法承受大電流的充放電，倍率性能無法滿足的問題，提供了一種電子電導率較高、在不降低初始容量的基礎上，保持較高循環壽命的鋰離子電池球形三元復合正極材料。

本發明還提供了一種鋰離子電池球形三元復合正極材料的制備方法，該方法操作簡單，對設備無特殊要求，易于產業化。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種鋰離子電池球形三元復合正極材料，由以下質量百分含量的組分制成：NCM粉末球80～90％，固態電解質LLZO 5～10％，石墨烯余量。

本發明所述NCM指鋰鎳鈷錳氧化合物，所述LLZO指鋰鑭鋯氧化合物。本發明采用在NCM的純樣表面包覆一層鋰離子電導率較高的固態電解質材料及電子電導率高的石墨烯材料，在提升材料的倍率性能同時，包覆材料能夠有效的緩沖材料的形變，維持NCM的球形結構，提升其循環性能，延長電池壽命。

作為優選，以NCM粉末球總質量為基準，所述NCM粉末球包括以下摩爾百分含量的組分：Ni 80～85mol％，Co 7～12mol％，Mn 5～10mol％。

作為優選，以固態電解質LLZO總質量為基準，所述固態電解質LLZO由以下質量百分含量的組分組成：Li 5～6％，La 45～50％，Zr 20～22％，O 20～25％。

作為優選，所述NCM粉末球的直徑為3～10μm；所述鋰離子電池球形三元復合正極材料的直徑為5～15μm。

一種鋰離子電池球形三元復合正極材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將NCM前驅體原材料和第一鋰源經球磨后，高溫燒結，得NCM粉末球；

(2)將第二鋰源，鑭源，鋯源加入溶劑中，配制成LLZO前驅體溶液；