[發明專利]一種采用有機酸改善的層狀正極材料及制備方法

有效

• 申請號: 202011090424.3
• 申請日: 2020-10-13
• 公開（公告）號: CN112216830B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 彭棟梁;郭慰彬;謝清水;王來森;張晨鶯;羅晴
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525;C01G45/12;C01G53/00
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

一種采用有機酸改善的層狀正極材料及制備方法，涉及鋰電池。采用有機酸改善的層狀正極材料結構式為：xLiMO₂·(1?x)Li₂MO₃，其中M為Ni、Co、Mn、Fe、Al、W、Nb、Ti、Zr和V等金屬元素的至少任意一種，0≤x≤1。制備方法：先將層狀正極材料加入到有機酸溶液中進行浸潤處理，再將處理后的層狀正極材料進行洗滌、烘干和煅燒，制得改性的層狀正極材料。制備方法簡便、高效、原料廉價和易于工業化量產。在調控材料首次庫侖效率的同時，提高放電比容量和循環穩定性，從而提升層狀正極材料的綜合電化學性能。且有機酸可回收再利用，降低了生產成本和對環境的污染。

技術領域

本發明涉及鋰電池，尤其是涉及一種采用有機酸改善的層狀正極材料及制備方法。

背景技術

自20世紀90年代以來，鋰離子電池從早期應用于便攜式電子產品，到現在已經廣泛應用到諸如電網和運輸等領域。為滿足不斷擴大的應用市場的需求，亟需從不同層面去提升鋰離子電池的電化學性能并降低其生產成本，其中開發高性能的鋰離子電池正極材料是關鍵(Ceder等，Nature，2018，556，185-190)。

目前，在商業化的鋰離子電池正極材料中層狀正極材料的應用最為廣泛，比如鈷酸鋰在電子行業占主導地位，高鎳三元材料在汽車行業方興未艾，富鋰錳基正極材料表現出高比容量和低成本等優點，已經成為極具潛力的下一代高容量正極材料。對電極材料進行改性處理是進一步提升其綜合電化學性能的有效途徑，其中表面改性是最高效的方法之一。

酸處理可以通過去除層狀正極材料表面的殘余鋰等方式來調控首次庫侖效率，但使用無機強酸處理對設備要求高、污染大和容易對材料造成嚴重腐蝕(Liu等，EnergyStorage Materials，2019，16，220-227)。

碳化物包覆可以通過提高導電性等方式來提升層狀正極材料的倍率性能和循環穩定性，但不能去除材料表面殘余鋰和降低表面氣體析出，首次庫侖效率仍較低。

針對層狀正極材料的酸處理大多是使用無機強酸，酸處理過程劇烈、難以控制且對設備要求高，生產過程會惡化生產車間環境、廢液難處理和易造成污染，同時會在材料表面甚至內部造成不同程度的腐蝕，不利于材料綜合性能的發揮。使用碳化物包覆對層狀正極材料進行表面改性的效果和對其綜合性能的提升等方面還存在很大不足，比如不能清除材料表面殘余鋰和進行H⁺/Li⁺交換反應，且對材料的首次庫侖效率等性能提升不明顯。

因此，探索能全面調控層狀正極材料的首次庫侖效率、倍率性能和循環穩定性，同時對設備要求低、基本無污染、低成本和適合工業化生產的改性方法具有重要的科學意義和廣闊的應用前景。

發明內容

本發明的目的在于提供一種采用有機酸改善的層狀正極材料及制備方法。

所述采用有機酸改善的層狀正極材料結構式為：xLiMO₂·(1-x)Li₂MO₃，其中M為Ni、Co、Mn、Fe、Al、W、Nb、Ti、Zr和V等金屬元素的至少任意一種，0≤x≤1。

所述采用有機酸改善的層狀正極材料的制備方法的具體步驟為：先將層狀正極材料加入到有機酸溶液中進行浸潤處理，再將處理后的層狀正極材料進行洗滌、烘干和煅燒，制得改性的層狀正極材料。

所述層狀正極材料可選自LiMO₂、Li₂MO₃和xLiMO₂·(1-x)Li₂MO₃中的至少一種，其中M為Ni、Co、Mn、Fe、Al、W、Nb、Ti、Zr和V等金屬元素的至少任意一種，0≤x≤1。