[發明專利]一種三元正極材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011364568.3
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112479267B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 趙文譽;阮丁山;劉婧婧;黃國捍;夏陽;李長東
• 申請（專利權）人: 廣東邦普循環科技有限公司;湖南邦普循環科技有限公司;湖南邦普汽車循環有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525;C01G53/00
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 左恒峰

本發明屬于電池材料領域，公開了一種三元正極材料及其制備方法和應用，該三元正極材料的化學式為LiNi_xCo_yMn_(1?x?y)MO₂，其中0.5≤x≤1，y≥0，M含有的元素選自鈮、硼或鈦中的至少一種。本發明通過引入鈮化合物、硼化合物或鈦化合物與表面殘余鋰的反應過程，以此粘合周圍的微粉并重新附著到材料表面缺陷位置，可大幅度降低材料中的微粉含量并修復表面缺陷，同時反應將消耗部分的表面殘余鋰，生成的鈮酸鋰、硼酸鋰或鈦酸鋰將均勻包覆在材料表面，從而獲得循環和倍率性能較優異的三元正極材料。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池材料領域，具體涉及一種三元正極材料及其制備方法和應用。

背景技術

在電動汽車領域，人們普遍關心電動汽車的續航里程，隨著各種電動汽車自燃事件的發生，人們也越來越重視電動汽車的安全性能。電動汽車最關鍵的部件在于鋰離子電池，鋰離子電池一般由正極、負極、隔膜和電解液組成，其中正極材料的性能直接決定了鋰離子電池的能量密度、安全性能和使用壽命。目前鋰離子電池正極普遍采用插鋰化合物，如LiMn₂O₄、LiFePO₄、LiCoO₂、三元正極材料Li(Ni_xCo_yMn_z)O₂。其中，三元正極材料因其具有更高的能量密度優勢而成為了各大電池廠家的研究重點。

三元正極材料在制備過程中會引入微粉，尤其是單晶三元正極材料經過破碎工藝后微粉含量顯著增加，表面缺陷也增加。較多的微粉和較高的殘余鋰將影響材料在電極制備過程中的攪漿和涂布，使得攪漿過程中容易產生凝膠化現象，涂布厚薄不均，容易引起電池容量過低或過高，在電池循環過程中形成析鋰，影響電池壽命。

發明內容

本發明的目的在于針對目前傳統三元正極材料存在的不足，提供一種三元正極材料及其制備方法和應用。該制備方法的納米級包覆劑通過攪拌均勻分散在溶劑中，并通過溶劑將其帶到基材表面，通過第二次燒結過程中引入鈮化合物、硼化合物或鈦化合物與表面殘余鋰的反應，以此粘合周圍的微粉并重新附著到燒料的表面缺陷位置，同時反應將消耗部分的殘余鋰，生成的鈮酸鋰、硼酸鋰或鈦酸鋰將均勻包覆在材料表面。因此，該制備方法將明顯降低材料的微粉含量和表面殘余鋰，有助于電極制備過程中的攪漿和涂布，同時粘附的微粉將有效修復材料表面缺陷，協同包覆層從而提高三元正極材料的循環性能和倍率性能。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種三元正極材料，其化學式為LiNi_xCo_yMn_(1-x-y)MO₂，其中0.5≤x≤1，y≥0，M含有的元素選自鈮、硼或鈦中的至少一種。

優選地，所述三元正極材料的D50為3-6μm，K₉₀為1.0-1.6，電壓窗口在2.8-4.25V，0.1C倍率下初始容量198-202mAh/g，1C倍率循環50圈后容量保持率為90-96％。

一種三元正極材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將鋰源、鎳鈷錳的前驅體混合，進行球磨，得到混合物；

(2)將所述混合物進行第一次燒結、粉碎、過篩，得到燒料；

(3)將所述燒料和化合物加入有機溶劑和水的混合液中混合，攪拌，蒸干，得到蒸干料；

(4)將所述蒸干料進行進行第二次燒結，冷卻，即得所述三元正極材料；

步驟(3)中，所述化合物為鈮化合物、硼化合物或鈦化合物中的至少一種。