[發明專利]一種鎳鈷錳復合材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202011540443.1
• 申請日: 2020-12-23
• 公開（公告）號: CN112645395A
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 張衛東;梅瑰;羅靜;曾雷英
• 申請（專利權）人: 廈門廈鎢新能源材料股份有限公司
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525;C30B1/10;C30B29/22
• 代理公司: 廈門市精誠新創知識產權代理有限公司 35218
• 代理人: 方惠春

本發明屬于鋰離子電池領域，涉及一種鎳鈷錳復合材料及其制備方法和應用。所述鎳鈷錳復合材料的制備方法包括：(1)將含鎳鈷錳及金屬元素M的前驅體與鋰源混合均勻，得到混合料；(2)將混合料進行焙燒，得到鎳鈷錳復合材料LiNi_xCo_yMn_1?x?yMi_βiO_2+α，0.3≤x≤0.8，0.1≤y≤0.5；α＝(Σeiβi)/2，ei為金屬元素Mi在鎳鈷錳復合材料化學式中的化合價，βi為金屬元素Mi在鎳鈷錳復合材料化學式中的摩爾百分比，M的平均化合價用E＝(Σeiβi)/(Σβi)表示，M的種類及用量使0βi≤x且使1≤E2。本發明提供的方法有利于單晶顆粒長大，所得鎳鈷錳復合材料具有優異的熱穩定性和電化學穩定性。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，具體涉及一種鎳鈷錳復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

三元鎳鈷錳酸鋰由于價格低廉、循環性能好、振實密度高，已成為比較理想的鋰離子電池正極材料。由于其前驅體本身的特點，三元鎳鈷錳酸鋰在燒結過程中容易形成小粒度的單晶或形成二次團聚體。在實際使用中，二次團聚體一方面內部顆粒很難與電解液、導電劑、粘結劑直接接觸，導致電子和離子的傳輸較為困難，增加界面阻抗，另一方面由于二次團聚體具有較高的比表面積，導致界面反應增加，不利于材料熱穩定性及電性能的充分發揮。

為了提高鋰離子電池正極材料的熱穩定性以及電性能，現有技術進行了諸多改進。例如，ZL201310614691.x通過元素摻雜的方式制備富鋰正極材料。ZL201310614691.x通過對材料進行氧化銅包覆獲得性能改善的三元材料。201710022538.6在三元材料表面包覆快離子導體從而避免顆粒破碎現象，提高材料循環性能。201410854801.4公開了一種高電壓鋰離子電池正極材料LiNi_mCo_mMn_1-m-nO₂d的制備方法，其中使用到畢克公司的含有酸性基團的分散劑，但該方法由于成本、工藝問題在規模化生產中具有一定局限性。ZL1074377616采用半峰寬來優選小粒徑二次團聚體和大粒徑單晶的級配方法制備了鋰離子電池正極材料Li_aNi_xCo_yMn_zM_bO₂。然而，現有技術還沒有從引入低化合價摻雜元素促進鎳鈷錳三元材料生長的角度出發來提高正極材料的熱穩定性和電化學性能的報道。

發明內容

本發明旨在提供一種通過引入低化合價摻雜元素促進鎳鈷錳三元正極材料的熱穩定性和電化學穩定性的方法、由該方法獲得的鎳鈷錳復合材料以及該鎳鈷錳復合材料作為鋰離子電池正極材料的應用。

本發明的發明人經過深入研究之后發現，傳統鎳鈷錳三元正極材料的制備過程中都存在高溫固相反應階段，該高溫固相反應階段中，由于Ni(III)的不穩定性，反應物中某些特定組分會產生分解(如反應方程式(*)所示)，生成的分解產物Li₂O起到晶粒間粘結劑的作用，促進顆粒融合，最終體現為類單晶體的長大。

LiNi(III)MO₂→LiNi(II)MO₂+O₂+Li₂O(*)