[發明專利]一種改性高鎳三元正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110295437.2
• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號: CN112864369B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 高明昊;丁楚雄;龍君君;陳方
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 張夢媚

本發明提供了一種改性高鎳三元正極材料，該改性高鎳三元正極材料包括高鎳三元材料；以及包覆在所述高鎳三元材料表面的羧酸型聚氨酯預聚體。在制備包覆層羧酸型聚氨酯預聚體的同時消耗高鎳三元材料表面的殘堿，且制備的羧酸型聚氨酯預聚體能夠提高改性高鎳三元正極材料的電化學性能，同時降低成本，具有應用前景。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池正極材料領域，具體涉及一種改性高鎳三元正極材料及其制備方法。

背景技術

隨著社會的高速發展以及智能化設備的普及，鋰離子電池因具有特殊優勢而被廣泛關注與研究。特別是，隨著有限資源的快速消耗，汽車電動化已成為不可逆轉的趨勢，這對鋰離子電池中的正極材料有這更高的容量要求。

正極材料作為鋰離子電池的四大關鍵材料之一，其性能直接影響鋰離子電池的性能。目前鎳基三元材料作為正極材料應用較為廣泛，但眾所周知的是，鎳基三元正極材料隨著鎳含量的提升，其比容量會有大幅度的提升，并引發一系列問題，比如：①正極材料隨著鎳含量的增加其吸水力不斷增強，從而在表面生成大量殘堿，從而影響其制備電芯的工藝以及電化學性能；②隨著鎳含量的增加，鈷的含量隨之降低，會造成材料在充放電過程中的結構穩定性變差，影響電池的循環性能。

為了解決上述問題，目前比較經常采用的手段是水洗與表面包覆，但是水洗會產生大量的污水，污染環境的同時也會破壞材料的晶格結構，導致不可逆轉變；而表面包覆多采用氧化物，這些氧化物的價格高昂、用量大，會大幅增加材料成本，不利于商業化生產。

發明內容

有鑒于此，本發明有必要提供一種改性高鎳三元正極材料及其制備方法，在高鎳三元材料的表面包覆羧酸型聚氨酯預聚體，對高鎳三元材料進行改性，降低高鎳三元材料表面的殘堿量，提高高鎳三元材料的綜合電學性能。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明首先提供了一種改性高鎳三元正極材料，其包括：

高鎳三元材料；

以及包覆在所述高鎳三元材料表面的羧酸型聚氨酯預聚體。

進一步的，所述高鎳三元材料的化學組成為LiNi_xCo_yM_1-x-yO₂，其中，0.65≤x＜1，0＜y≤0.20，M為Al、Mn、Mg中的至少一種。

進一步的，所述高鎳三元材料與所述羧酸型聚氨酯預聚體的質量比為(40～100):1。

本發明還提供了一種改性高鎳三元正極材料的制備方法，包括以下步驟：

提供高鎳三元材料；

獲得改性高鎳三元正極材料：真空脫水后的大分子多元醇與二異氰酸酯混合后，再緩慢向其中加入第一擴鏈劑與交聯劑，升溫至60～90℃，反應1～4h；同時在反應過程中加入溶劑調節粘度后，再緩慢加入第二擴鏈劑與所述高鎳三元材料，于40～80℃繼續反應1～4h后，干燥，制得改性高鎳三元正極材料。

進一步的，所述的提供高鎳三元材料的步驟，具體為：將高鎳三元前驅體Ni_xCo_yM_1-x-y(OH)₂與鋰源按照化學計量比混合均勻后，在氧氣氣氛中以10～20℃/min升溫速率升溫至600～800℃，保溫10～20h，降溫，即得高鎳三元材料，其中，0.65≤x＜1，0＜y≤0.20，M為Al、Mn、Mg中的至少一種。

進一步的，所述的高鎳三元前驅體Ni_xCo_yM_1-x-y(OH)₂與鋰源的物質的量比為1:(0.99～1.07)。

進一步的，所述鋰源選自碳酸鋰、氫氧化鋰、六氟磷酸鋰、雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰中的至少一種。