[發明專利]高鎳材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202110349086.9
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN113161537B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 李偉善;吳賓鴻;陳敏;陳靈
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M4/505;H01M10/0525
• 代理公司: 華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 向薇

本發明涉及一種高鎳材料及其制備方法與應用。所述高鎳材料的化學式為LiMO₂，其中M是指Ni_xCo_yMn_z，x＝0.6～0.7，y＝0.07～0.09，z＝0.2～0.3；所述正極材料的結構中包含C2/m晶體結構。上述高鎳材料，通過合理控制材料中的鎳、鈷與錳的摩爾比，在結構中引入C2/m晶體結構，使其在充電過程中，過渡金屬層中產生少許空位點，該位點為混排到鋰層中的鎳遷移回過渡金屬層提供了空間，從而降低鋰鎳混排的程度。比起傳統抑制鋰鎳混排的方法，該高鎳材料能夠在充電過程中抑制并降低鋰鎳混排程度，同時，該高鎳材料在合成時結晶性良好，電化學性能(如循環保持率)有很大的提高。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池材料技術領域，具體涉及一種高鎳材料及其制備方法與應用。

背景技術

隨著社會的發展，人類對能源的需求日益增長，對應的化石燃料消耗量也逐年增加，因此造成環境污染的程度也很嚴重，人們對經濟增長以及生態環境保護需求的矛盾也日益突出。為此，人類需要開發清潔的可持續能源。鋰離子電池作為一種提供清潔環保、高能量密度的能源載體，近幾十年來備受關注。其中，正極材料作為鋰離子電池中最重要的材料之一，研究其性能也迫在眉睫。

在鋰離子電池正極材料中，高鎳材料LiMO₂(M＝Ni_xCo_yMn_z，其中x≥0.5)因其能量密度高、成本相對便宜而引起研究者們的相繼研究。高鎳材料LiMO₂在電壓范圍為2.8V～4.3V時可以達到約170mAh/g的比容量，在2.8V～4.5V高電壓范圍下，其比容量甚至可以達到210mAh/g以上。然而傳統的高鎳材料LiMO₂在合成以及循環過程中容易出現鋰鎳混排現象從而損害循環性能，在高電壓下更甚。因此人們研究各種方法以抑制高鎳材料的鋰鎳混排，其中較為常見的有元素摻雜、包覆等。

如有方法公開一種單晶三元正極材料，其制原料中包含陽離子添加劑，具體為銥源、釔源、碲源、銦源或鎵源中的任意一種或至少兩種的組合，通過添加上述陽離子添加劑形成陽離子Ir³⁺、Y³⁺、Te⁴⁺、In³⁺、Ga³⁺等陽離子摻雜的單晶三元正極材料，由此減少鋰鎳混排，控制材料晶面的定向生長，抑制晶面與空氣中CO₂和H₂O的吸附作用與反應活性。

另有方法公開一種三元正極材料的制備方法，先將鎳鈷錳前驅體、鋰源、添加劑混合、煅燒，得到三元正極材料，然后與碳酸鋯銨溶液混合后干燥、煅燒，形成鋯包覆的三元正極材料，該三元材料內部結構鋰鎳混排程度輕微，材料內部層狀結構穩定，鋰離子脫嵌可逆程度高。

還有方法公開一種調整鋰源成分和配比來氧化改性高鎳三元正極材料的方法，其通過調整鋰源的成分和配比，以適當比例引入氧化性鋰鹽，與主體鋰鹽進行分散混合均勻，在后續的混鋰煅燒過程能夠推動氧化反應，提升Ni²⁺氧化至Ni³⁺的比例，減小了材料的鋰鎳混排程度，制備了具有良好層狀結構的三元材料。

但是這些方法對于實現在充放電過程中抑制鋰鎳混排的結果并不理想，難以有效提升循環穩定性。因此，如何有效抑制高鎳正極材料鋰鎳混排是提高鋰離子電池性能的重點研究方向之一。

發明內容

基于此，本發明提供一種高鎳材料及其制備方法與應用。該高鎳材料能夠在充電過程中抑制原位抑制高鎳材料鋰鎳混排，優化鋰離子電池性能。

本發明的又一方面，提供一種高鎳材料，所述高鎳材料的化學式為LiMO₂，其中M是指Ni_xCo_yMn_z，x＝0.6～0.7，y＝0.07～0.09，z＝0.2～0.3；

所述高鎳材料的結構中包含C2/m晶體結構。