[發明專利]單晶型IV-VI-VIII族富鋰無序巖鹽結構正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202011425638.1
• 申請日: 2020-12-09
• 公開（公告）號: CN112680791A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 董錦洋;蘇岳鋒;陳來;李寧;包麗穎;盧赟;趙佳雨;陳實;吳鋒
• 申請（專利權）人: 北京理工大學重慶創新中心;北京理工大學
• 主分類號: C30B29/22
• 分類號: C30B29/22;C30B1/10;C01G53/00;H01M4/485;H01M4/525;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 胡東東

本發明公開了一種單晶型IV－VI－VIII族富鋰無序巖鹽結構正極材料及其制備方法，所述正極材料具有如下通式組成：Li_1+aTi_bW_cNi_dO₂，其中，0.1＜a＜0.3，0.1＜b＜0.4，0.1＜c＜0.4，0.1＜d＜0.4，并且a+4b+6c+2d＝3。本發明的單晶型材料由IV、VI和VIII族元素組成，并具體由IV族元素的鈦、VI族元素的鎢、VIII族元素的鎳組成，其與傳統三元鎳鈷錳酸鋰正極材料相比，具有更加穩定的三維無序陽離子骨架結構、較完整的晶體結構、較高的壓實密度和較小的比表面積，因此具備較好的倍率性能和循環性能，可用于鋰離子電池中。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池正極材料領域，特別涉及一種單晶型IV-VI-VIII族富鋰無序巖鹽結構正極材料及其制備方法。

背景技術

進入21世紀，能源危機和環境污染問題逐漸成為阻礙世界高質量發展不可回避的話題，發展新型環保能源由此上升為決定人類未來命運的重大課題。利用新能源的主要方式是將其轉換成電能，因此能量的儲存和轉換是關鍵問題。鋰離子電池作為一種高效的能源存儲裝置獲得了世界各國的廣泛關注。在鋰離子電池體系中，電池容量主要受限于正極材料容量，正極材料成本也占據電池成本的30％以上，因此尋找具有高容量同時生產成本較低的正極材料成為電池行業發展的關鍵。

目前商業化應用的鋰離子電池正極材料主要是層狀有序結構的鋰過渡金屬(TM)氧化物正極材料，其良好的有序結構有利于層狀正極材料獲得良好的性能。特別是富鋰過渡金屬氧化物，由于過渡金屬和晶格氧的氧化還原反應大幅度提升材料脫嵌鋰的數量，從而實現較高的能量密度，但首周庫倫效率低、比容量和電壓衰減較大、動力學滯后等缺點限制了其進一步發展。難以滿足目前電動汽車對鋰離子電池正極材料的要求。富鋰無序巖鹽正極材料具有放電比容量高、能量密度高、循環過程結構穩定等優點，是近年來備受關注的鋰離子電池富鋰正極材料。IV-VI-VIII族富鋰無序巖鹽結構正極材料由于其安全無毒、便宜而受關注。然而現有制備技術大多采用傳統的固相燒結法合成，其燒結溫度較高會導致晶粒長大、組分不均一，特別是某些組分揮發導致非化學計量比，進而影響相關電化學性能。傳統的溶膠凝膠方法所制備粉體會產生團聚，導致煅燒不均勻、降低材料振實密度并影響電化學性能。

正極材料單晶化制備已經成為當下鋰離子電池正極材料研究的熱點。首先，單晶正極材料可以有助于緩解傳統多晶正極材料二次球形顆粒結構坍塌引發的循環衰減與產氣問題；其次，單晶結構具有較強機械強度與壓實密度，避免傳統多晶正極材料堆積密度低與壓實密度偏低等缺點，有效提升正極材料能量密度；最后，單晶正極材料較小的比表面積有助于減少與電解液的接觸面積從而緩解副反應的產生，較為均勻光滑的表面增強與導電劑的接觸從而提升離子電子傳輸速率。然而，目前正極材料單晶化制備主要應用在三元鎳鈷錳酸鋰等正極材料，但對于單晶型IV-VI-VIII族富鋰無序巖鹽結構正極材料研究很少且鮮有報道。

發明內容

本發明的發明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種單晶型IV-VI-VIII族富鋰無序巖鹽結構正極材料及其制備方法，該單晶型IV-VI-VIII族富鋰無序巖鹽結構正極材料具有較完整的晶體結構、較高的壓實密度和較小的比表面積，可大幅度地減小材料與電解液間的接觸面積，有效抑制循環過程中副反應的發生，使材料的結構穩定性增強，從而提高電池倍率性能與循環穩定性。

本發明采用的技術方案如下：一種單晶型IV-VI-VIII族富鋰無序巖鹽結構正極材料，其特征在于，所述正極材料具有如下通式組成：Li_1+aTi_bW_cNi_dO₂，其中，0.1＜a＜0.3，0.1＜b＜0.4，0.1＜c＜0.4，0.1＜d＜0.4，并且a+4b+6c+2d＝3，用以滿足分子化合價的要求。