[發(fā)明專利]高鎳三元材料及表面改性方法和鋰離子電池

有效

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• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112086679B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發(fā)明（設計）人: 閔長青;王振昆;龍君君;高玉仙;丁楚雄
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M4/525;H01M4/36;H01M4/04;H01M10/42
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 張夢媚

本發(fā)明公開了一種高鎳三元材料及表面改性方法和鋰離子電池，該表面改性方法首先在水洗過程中引入陽離子Li⁺的可溶性鹽作為第一添加劑，再引入TiOSO₄酸性溶液，所述第三添加劑為Al₂(SO₄)₃酸性溶液，所述第四添加劑為NaAlO₂堿性溶液，最后分離、干燥、煅燒，得到表面改性的高鎳三元材料。通過該表面改性方法得到的高鎳三元材料可有效降低高鎳三元材料的表面殘堿，提高結構穩(wěn)定性。

技術領域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種高鎳三元材料的表面改性方法、及通過該表面改性方法得到的高鎳三元材料，和含有該高鎳三元材料的鋰離子電池。

背景技術

隨著新能源汽車的發(fā)展，對新能源動力電池的需求和要求也越來越大，到2020年，新能源動力電池單體比能量要求達到300Wh/kg以上，力爭實現(xiàn)350Wh/kg。但目前，磷酸鐵鋰電池單體的最高能量密度僅為200Wh/kg，與300Wh/kg的目標相差甚遠。因此，三元材料電池擔起攻堅重任，考慮到動力電池能量密度提升需求和全球鈷價上漲的影響，其中少鈷高鎳三元材料電池成為重點。

隨著鎳含量的增加，鎳鈷錳三元正極材料表面殘堿(LiOH和Li₂CO₃)含量也隨之增加，這些殘堿不僅會增加材料的pH值，使材料在勻漿過程中由于吸水很容易形成果凍狀，降低正極材料的加工性能，還會在充放電循環(huán)過程中與電解液發(fā)生副反應，增加電池的不可逆容量損失，惡化循環(huán)性能，導致電池脹氣，致使電池存在安全隱患。

目前，工業(yè)生產中通常采用水洗的方法解決高鎳三元材料表面殘堿含量過多的問題。雖然水洗工藝簡單易行，且能夠有效降低表面殘堿，但高鎳三元材料對水分敏感，較長時間接觸會導致晶格中鋰被洗出，使得材料表面晶體結構發(fā)生變化，而惡化材料的電化學性能。

發(fā)明內容

有鑒于此，本發(fā)明有必要提供一種高鎳三元材料的表面改性方法，該表面改性方法通過在高鎳三元材料水洗過程中引入Li⁺有效抑制材料基體中Li⁺的過度析出，穩(wěn)定結構，同時添加TiO²⁺、Al³⁺和AlO₂^-發(fā)生雙水解，于材料表面形成Al(OH)₃和Ti(OH)₄，再經高溫燒結，生成成分均勻、厚度可控的Al₂O₃和TiO₂包覆層，有效降低高鎳三元材料的表面殘堿，提高結構穩(wěn)定性，以解決上述問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

本發(fā)明提供了一種高鎳三元材料的表面改性方法，包括以下步驟：

將第一添加劑和高鎳三元材料一燒粉料加入去離子水中，攪拌均勻，得到第一漿料，所述第一添加劑為陽離子Li⁺的可溶性鹽；

向所述第一漿料中同時滴加第二添加劑、第三添加劑和第四添加劑，滴加完成后，繼續(xù)攪拌，得到第二漿料，所述第二添加劑為TiOSO₄酸性溶液，所述第三添加劑為Al₂(SO₄)₃酸性溶液，所述第四添加劑為NaAlO₂堿性溶液；

將所述第二漿料離心，動態(tài)旋轉干燥后，煅燒，得到表面改性的高鎳三元材料。

進一步的，所述高鎳三元材料一燒粉料的化學式組成為LiNi_xCo_yM_1-x-yO₂，其中，M為Mn、Al、Zr、Ti、Mg中的至少一種，x≥0.60，y≤0.20。

進一步的，所述可溶性鹽選自硫酸鹽、硝酸鹽、磷酸鹽、氯化鹽中的至少一種；